七、GC垃圾回收

1.垃圾回收的区域

2.引用计数法

每个对象有一个引用计数器，当对象被引用一次则计数器加1，当对象引用失效一次，则计数器减1，对于计数器为0的对象意味着是垃圾对象，可以被GC回收。

目前虚拟机基本都是采用可达性算法，从GC Roots 作为起点开始搜索，那么整个连通图中的对象边都是活对象，对于GC Roots无法到达的对象变成了垃圾回收对象，随时可被GC回收。

3.复制算法

年轻代中使用的是Minor GC，采用的就是复制算法（Copying）

Minor GC会把Eden中的所有活的对象都移到Survivor区域中，如果Survivor区中放不下，那么剩下的活的对象就被移动到Old generation中，也就是说，一旦收集后，Eden就是变成空的了

当对象在Eden（包括一个Survivor区域，这里假设是From区域）出生后，在经过一次Minor GC后，如果对象还存活，并且能够被另外一块Survivor区域所容纳（上面已经假设为from区域，这里应为to区域，即to区域有足够的内存空间来存储Eden 和 From区域中存活的对象），则使用复制算法将这些仍然还活着的对象复制到另外一块Survivor区域（即 to 区域）中，然后清理所使用过的Eden以及Survivor区域（即form区域），并且将这些对象的年龄设置为1，以后对象在Survivor区，每熬过一次MinorGC，就将这个对象的年龄 + 1，当这个对象的年龄达到某一个值的时候（默认是15岁，通过- XX:MaxTenuringThreshold设定参数）这些对象就会成为老年代。

-XX:MaxTenuringThreshold 任期门槛=>设置对象在新生代中存活的次数

好处：没有内存的碎片。

坏处：浪费了内存空间（多了一半空间to永远是空）。假设对象100%存活（极端情况），不适合使用复制算法。

使用场景：复制算法最佳使用场景：对象存活度较低的时候（新生区）

如何判断哪个是to区呢？一句话：谁空谁是to

年轻代中的GC，主要是复制算法（Copying）

HotSpot JVM 把年轻代分为了三部分：一个 Eden 区 和 2 个Survivor区（from区 和 to区）。默认比例为8:1:1，一般情况下，新创建的对象都会被分配到Eden区（一些大对象特殊处理），这些对象经过第一次Minor GC后，如果仍然存活，将会被移到Survivor区，对象在Survivor中每熬过一次Minor GC ，年龄就会增加1岁，当它的年龄增加到一定程度时，就会被移动到年老代中，因为年轻代中的对象基本上都是朝生夕死，所以在年轻代的垃圾回收算法使用的是复制算法！复制算法的思想就是将内存分为两块，每次只用其中一块，当这一块内存用完，就将还活着的对象复制到另外一块上面。复制算法不会产生内存碎片！

在GC开始的时候，对象只会在Eden区和名为 “From” 的Survivor区，Survivor区“TO”是空的，紧接着进行GC，Eden区中所有存活的对象都会被复制到 “To”，而在 “From”区中，仍存活的对象会更具他们的年龄值来决定去向。 年龄达到一定值的对象会被移动到老年代中，没有达到阈值的对象会被复制到 “To区域”，经过这次GC后，Eden区和From区已经被清空，这个时候， “From” 和 “To” 会交换他们的角色， 也就是新的 “To”就是GC前的“From” ， 新的 “From” 就是上次GC前的 “To”。 不管怎样，都会保证名为To 的Survicor区域是空的。Minor GC会一直重复这样的过程。直到 To 区 被填满 ，“To” 区被填满之后，会将所有的对象移动到老年代中。

因为Eden区对象一般存活率较低，一般的，使用两块10%的内存作为空闲和活动区域，而另外80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生GC，将10%的from活动区间与另外80%中存活的Eden对象转移到10%的to空闲区域，接下来，将之前的90%的内存，全部释放，以此类推；

4.标记清除算法

回收时，对需要存活的对象进行标记；

回收不需要存活的对象。

当堆中的有效内存空间被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被称为stop the world），然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。

标记：从引用根节点开始标记所有被引用的对象，标记的过程其实就是遍历所有的GC Roots ，然后将所有GC Roots可达的对象，标记为存活的对象。

清除： 遍历整个堆，把未标记的对象清除。

用通俗的话解释一下标记/清除算法，就是当程序运行期间，若可以使用的内存被耗尽的时候，GC线程就会被触发并将程序暂停，随后将依旧存活的对象标记一遍，最终再将堆中所有没被标记的对象全部清除掉，接下来便让程序恢复运行。

缺点：这个算法需要暂停整个应用，会产生内存碎片。两次扫描，严重浪费时间。

在整理压缩阶段，不再对标记的对象作回收，而是通过所有存活对象都像一端移动，然后直接清除边界以外的内存。可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉，如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。

标记、整理算法 不仅可以弥补 标记、清除算法当中，内存区域分散的缺点，也消除了复制算法当中，内存减半的高额代价。

6.标记清除压缩算法

• 可以进行多次标记清除，再进行一次压缩。

7.GC算法总结

内存效率：复制算法>标记清除算法>标记压缩算法（时间复杂度）

内存整齐度：复制算法=标记压缩算法>标记清除算法

内存利用率：标记压缩算法=标记清除算法>复制算法

没有最好的算法，只有最合适的算法——>GC：分代收集算法

年轻代：

存活率低

适合采用复制算法

老年代：

区域大：存活率高

适合采用标记清除（内存碎片不是太多）+标记压缩混合实现

八、JMM内存模型

1.JMM是什么

JMM（Java Memory Model），Java的内存模型。

JMM定义了Java 虚拟机(JVM)在计算机内存(RAM)中的工作方式。 JMM可以理解为是一个规范，一个抽象概念，并不真实存在。

缓存一致性的协议，用来定义数据读写的规则。

JMM定义了线程工作内存和主内存的抽象关系：线程的共享变量存储在主内存中，每个线程都有一个私有的本地工作内存。

使用volatile关键字来解决共享变量的可见性的问题。

Java内存模型是围绕着并发编程中原子性、可见性、有序性这三个特征来建立的。

3.JMM的操作

JMM定义了8种操作来完成（每一种操作都是原子的、不可再拆分的）：

lock（锁定）：作用于主内存的变量，它把一个变量标识为一条线程独占的状态。

unlock（解锁）：作用于主内存的变量，它把一个处于锁定状态的变量释放出来，释放后的变量才可以被其他线程锁定。

read（读取）：作用于主内存的变量，它把一个变量的值从主内存传输到线程的工作内存中，以便随后的load动作使用。

load（载入）：作用于工作内存的变量，它把read操作从主内存中得到的变量值放入工作内存的变量副本中。

use（使用）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中一个变量的值传递给执行引擎（每当虚拟机遇到一个需要使用到该变量的值的字节码指令时将会执行这个操作）。

assign（赋值）：作用于工作内存的变量，它把一个从执行引擎接收到的值赋给工作内存的变量（每当虚拟机遇到一个给该变量赋值的字节码指令时执行这个操作）。

store（存储）：作用于工作内存的变量，它把工作内存中一个变量的值传送到主内存中，以便随后的write操作使用。

write（写入）：作用于主内存的变量，它把store操作从工作内存中得到的变量的值放入主内存的变量中。

4.JMM定义的规则

8种操作必须满足的规则：

不允许read和load、store和write操作之一单独出现。（不允许一个变量从主内存读取了但工作内存不接受；或者从工作内存发起回写了但主内存不接受的情况出现）

不允许一个线程丢弃它的最近的assign操作。（变量在工作内存中改变了值之后，必须把该变化同步回主内存）

不允许一个线程无原因地（没有发生过任何assign操作）把数据从线程的工作内存同步回主内存。

一个新的变量只能在主内存中“诞生”，不允许在工作内存中直接使用一个未被初始化（load或assign）的变量。（就是对一个变量实施use、store操作之前，必须先执行过了load和assign操作）

一个变量在同一时刻只允许一条线程对其进行lock操作，但lock操作可以被同一条线程重复执行多次，多次执行lock后，只有执行相同次数的unlock操作，变量才会被解锁。

如果对一个变量执行lock操作，那将会清空工作内存中此变量的值，在执行引擎使用这个变量前，需要重新执行load或assign操作初始化变量的值。

如果一个变量事先没有被lock操作锁定，那就不允许对它执行unlock操作，也不允许去unlock一个被其他线程锁定住的变量。

对一个变量执行unlock操作之前，必须先把此变量同步回主内存中（执行store、write操作）。

5.并发编程的三大特性

原子性

• 一个或多个程序指令，要么全部正确执行完毕不能被打断，或者全部不执行

可见性

• 当一个线程修改了某个共享变量的值，其它线程应当能够立即看到修改后的值

有序性

• 程序执行代码指令的顺序应当保证按照程序指定的顺序执行，即便是编译优化，也应当保证程序源语一致

后记

Java全栈学习路线可参考：【Java全栈学习路线】最全的Java学习路线及知识清单，Java自学方向指引，内含最全Java全栈学习技术清单~