各个版本的JDK对应的垃圾回收器

版本	Young	Old
JDK6	PSScavenge(Parallel Scavenge)	PSMarkSweep(Parallel Scavenge)
JDK7	PSScavenge(Parallel Scavenge)	PSParallelCompact(Parallel Old)
JDK8	PSScavenge(Parallel Scavenge)	PSParallelCompact(Parallel Old)
JDK11	G1	G1

1、垃圾回收机制？

答：在学习Java GC 之前，我们需要记住一个单词：stop-the-world(STW) 。它会在任何一种GC 算法中发生。stop-the-world 意味着JVM因为需要执行GC而停止了应用程序的执行。当stop-the-world 发生时，除GC所需的线程外，所有的线程都进入等待状态，直到GC任务完成。GC 优化很多时候就是减少 stop-the-world 的发生或者说是减少 stop-the-world 的时间。

2、GC回收哪个区域的垃圾？

答：JVM GC只回收堆区和方法区内的对象。而栈区的数据，在超出作用域后会被JVM自动释放掉，所以其不在JVM GC的管理范围内。

3、GC怎么判断对象可以被回收？

答：当某个对象对当前使用这个对象的应用程序变得不可触及的时候，这个对象就可以被回收了。

• 对象没有引用；
• 作用域发生未捕获异常；
• 程序在作用域正常执行完毕；
• 程序执行了System.exit()；
• 程序发生意外终止（被杀线程等）。

4、Java 中都有哪些引用类型？

• 强引用： 发生 GC 的时候不会被回收。
• 软引用： 有用但不是必须的对象，在发生内存溢出之前会被回收。
• 弱引用： 有用但不是必须的对象，在下一次GC时会被回收。
• 虚引用（幽灵引用/幻影引用）： 无法通过虚引用获得对象，用 PhantomReference 实现虚引用，虚引用的用途是在 GC 时返回一个通知。

5、怎么判断对象是否可以被回收？

• 引用计数器：为每个对象创建一个引用计数，有对象引用时计数器 +1，引用被释放时计数 -1，当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题；

• 可达性分析： 从 GC Roots 开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。当一个对象到 GC Root 没有任何引用链相连时，则证明此对象是可以被回收的。

  GC ROOTS包含哪些？

  • 在虚拟机栈中引用的对象；

  • 方法区中类静态属性引用的对象；

  • 方法区中常量引用的对象；

  • 本地方法栈中JNI引用的对象；

  • Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的class对象等；

  • 所有被同步锁（synchronized 关键字）持有的对象；

  • 反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。

6、GC算法

答： 根搜索算法（所有GC算法都引用根搜索算法这种概念）是从离散数学中的图论引入的，程序把所有引用关系看作一张图，从一个节点 GC ROOT 开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点后，继续寻找这个节点的引用节点。当所有的引用节点寻找完毕后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。

• 标记-清除算法： 标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：由于标记-清除算法直接回收不存活的对象，并没有对还存活的对象进行整理效率不高，无法清除垃圾碎片。

  

• 标记-整理算法： 标记无用对象，让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清除掉端边界以外的内存。缺点：成本更高。
  

• 复制算法：按照容量划分两个大小相等的内存区域，当一块用完的时候将活着的对象复制到另一块上，然后再把已使用的内存空间一次清理掉。缺点：内存使用率不高，只有原来的一半。
  

• 分代算法： 根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是新生代和老年代，新生代基本采用复制算法，老年代采用标记整理算法。

• 三色算法（CMS和G1）：

  • 黑色： 该对象已经被标记过了，且该对象下的属性也全部都被标记过了。（程序所需要的对象）
  • 灰色： 该对象已经被标记过了，但该对象下的属性没有全被标记完。（GC需要从此对象中去寻找垃圾）
  • 白色： 该对象没有被标记过。（对象垃圾）

6、Minor GC、Major GC和Full GC 介绍

6.1、Minor GC 清理年轻代

答： Minor GC指新生代GC，即发生在新生代（包括Eden区和Survivor区）的垃圾回收操作。当新生代无法为新生对象分配内存空间的时候，会触发Minor GC。因为新生代中大多数对象的生命周期都很短，所以发生Minor GC的频率很高，虽然它会触发 stop-the-world，但是它的回收速度很快。

6.2、Major GC 清理老年代

答：Major GC清理Tenured区，用于回收老年代，出现Major GC通常会出现至少一次****Minor GC。

6.3、Full GC 清理整个堆空间—包括年轻代、老年代和元空间

答：Full GC是针对整个新生代、老生代、元空间（metaspace，Java8以上版本取代perm gen）的全局范围的 GC。Full GC不等于Major GC，也不等于Minor GC + Major GC，发生Full GC需要看使用了什么垃圾收集器组合，才能解释是什么样的垃圾回收。

Major GC 通常是跟 full GC 是等价的，收集整个GC堆。但因为HotSpot VM发展了这么多年，外界对各种名词的解读已经完全混乱了，当有人major GC的时候一定要问清楚他想要指的是上面的full GC还是老年代。

7、JVM GC 什么时候执行？

答：

• Minor GC ：系统自动触发的机制只有一个，就是Eden 区没有足够的空间分配给新创建的对象。
• Full GC ：
  • 老年代空间不足，这个很简单，就是字面上的不足，例如：大对象不停的直接进入老年代，最终造成空间不足；
  • 方法区空间不足；
  • Minor GC 引发 Full GC 这个才是本文想重点介绍的。

8、为什么 Minor GC 会引发 Full GC 呢？引发条件是什么？

答： 年轻代的对象在经历Minor GC 过后，部分对象存活对象或全部存活对象会进入老年代。新生代与老年代的比例的值为1:2 (该值可以通过参数 –XX:NewRatio 来指定)。

引发条件

• 老年代剩余连续内存空间 > 新生代对象总空间>历次晋升到老年代的对象的平均大小，万事大吉，Minor GC 直接运行；
• 新生代对象总空间>老年代剩余连续内存空间>历次晋升到老年代的对象的平均大小，这下又要分情况了，主要是看是否设置了 HandlePromotionFailure 参数，JDK1.6之后该参数废弃了，但是机制仍在。执行Minor GC；
  • 第一种可能，Minor GC过后，剩余的存活对象的大小，是小于Survivor区的大小的，那么此时存活对象进入Survivor区域即可；
  • 第二种可能，Minor GC过后，剩余的存活对象的大小，是大于Survivor区域的大小，但是是小于老年代可用内存大小 的，此时就直接进入老年代即可；
  • 第三种可能，很不幸，Minor GC 过后，剩余的存活对象的大小，大于了 Survivor 区域的大小，也大于了老年代可用内存的大小。此时老年代都放不下这些存活对象了，就会发生“Handle Promotion Failure”的情况，这个时候就会触 发一次“Full GC”。 如果 Full GC 仍空间不够就会 OOM。
• 新生代对象总空间> 历次晋升到老年代的对象的平均大小>老年代剩余连续内存空间： 则不会触发Minor GC而是转为触发full GC（因为HotSpot VM的GC里，除了CMS的concurrent collection之外，其它能收集old gen的GC都会同时收集整个GC堆，包括新生代，所以不需要事先触发一次单独的Minor GC）

9、按代的垃圾回收机制

答：默认的新生代（Young generation）：老年代（Old generation ）所占空间比例为 1 : 2 。

• 新生代（Young generation）：绝大多数最新被创建的对象都会被分配到这里，由于大部分在创建后很快变得不可达，很多对象被创建在新生代，然后“消失”。对象从这个区域“消失”的过程我们称之为：Minor GC 。
• 老年代（Old generation）：对象没有变得不可达，并且从新生代周期中存活了下来，会被拷贝到这里。其区域分配的空间要比新生代多。也正由于其相对大的空间，发生在老年代的GC次数要比新生代少得多。对象从老年代中消失的过程，称之为：Major GC 或者 Full GC 。
• 持久代（Permanent generation）也称之为 方法区（Method area）：用于保存类常量以及字符串常量。注意，这个区域不是用于存储那些从老年代存活下来的对象，这个区域也可能发生GC。发生在这个区域的GC事件也被算为 Major GC 。只不过在这个区域发生GC的条件非常严苛，必须符合以下三种条件才会被回收：
  • 所有实例被回收
  • 加载该类的ClassLoader 被回收
  • Class对象无法通过任何途径访问（包括反射）

为什么老年代用标记整理算法，新生代用复制算法

答： 新生代的对象往往都是“朝生暮死”，因此新生代的对象在标记之后存活的对象较少，可以通过复制来提高算法的效率。老年代一般不会发生GC，加之老年代GC的对象也较少，因此采用标记整理法进行清理，可以有效的提高效率。

10、如果老年代的对象需要引用新生代的对象，会发生什么呢？

答： 为了解决这个问题，老年代中存在一个 card table，它是一个512byte大小的块。所有老年代的对象指向新生代对象的引用都会被记录在这个表中。当针对新生代执行GC的时候，只需要查询 card table 来决定是否可以被回收，而不用查询整个老年代。这个card table 由一个 write barrier 来管理。write barrier给GC带来了很大的性能提升，虽然由此可能带来一些开销，但完全是值得的。

11、新生代空间的构成？

答： 为了更好的理解GC，我们来学习新生代的构成，它用来保存那些第一次被创建的对象，它被分成三个空间：

· 一个伊甸园空间（Eden）

· 两个幸存者空间（Fron Survivor、To Survivor）

默认新生代空间的分配：****Eden : Fron : To = 8 : 1 : 1

每个空间的执行顺序如下：

1、绝大多数刚刚被创建的对象会存放在伊甸园空间（Eden）。

2、在伊甸园空间执行第一次 GC （ Minor GC ） 之后，存活的对象被移动到其中一个幸存者空间（Survivor）。

3、此后，每次伊甸园空间执行GC后，存活的对象会被堆积在同一个幸存者空间。

4、当一个幸存者空间饱和，还在存活的对象会被移动到另一个幸存者空间。然后会清空已经饱和的哪个幸存者空间。

5、在以上步骤中重复N次（ N = MaxTenuringThreshold （年龄阀值设定，默认15）） 依然存活的对象，就会被移动到老年代。

从上面的步骤可以发现，两个幸存者空间，必须有一个是保持空的。如果两个两个幸存者空间都有数据，或两个空间都是空的，那一定是你的系统出现了某种错误。

我们需要重点记住的是，对象在刚刚被创建之后，是保存在伊甸园空间的（Eden）。那些长期存活的对象会经由幸存者空间（Survivor）转存到老年代空间（Old generation）。也有例外出现，对于一些比较大的对象（需要分配一块比较大的连续内存空间）则直接进入到老年代。一般在 Survivor 空间不足的情况下发生。

12、老年代空间的构成与逻辑

答：老年代空间的构成其实很简单，它不像新生代空间那样划分为几个区域，它只有一个区域，里面存储的对象并不像新生代空间绝大部分都是朝闻道，夕死矣。这里的对象几乎都是从 Survivor 空间中熬过来的，它们绝不会轻易的狗带。因此，Full GC（Major GC）发生的次数不会有Minor GC 那么频繁，并且做一次 Major GC 的时间比 Minor GC 要更长（约10倍）。

13、说一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

答：如果说垃圾收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。下图展示了7种作用于不同分代的收集器，其中用于回收新生代的收集器包括Serial、PraNew、Parallel Scavenge，回收老年代的收集器包括Serial Old、Parallel Old、CMS，还有用于回收整个Java堆G1收集器。不同收集器之间的连线表示它们可以搭配使用。

• Serial （复制算法）：最早的单线程串行垃圾回收器。
• ParNew （复制算法）：是 Serial 的多线程版本。
• Parallel Scavenge （复制算法）：Parallel 和 ParNew收集器类似是多线程的，但 Parallel Scavenge 是吞吐量优先的收集器，可以牺牲等待时间换取系统的吞吐量。
• Serial Old （标记-整理法）：Serial 垃圾回收器的老年版本，同样也是单线程的，可以作为 CMS 垃圾回收器的备选预案。
• Parallel Old （标记整理法）：Parallel Old 是 Parallel 老生代版本，Parallel 使用的是复制的内存回收算法，Parallel Old 使用的是标记-整理的内存回收算法。
• CMS （标记-整理法）：一种以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间为目标的收集器，非常适用 B/S 系统。
• G1 （标记-整理法 + 复制算法）：一种兼顾吞吐量和停顿时间的 GC 实现，是 JDK9 以后的默认 GC 选项。

12、详细介绍一下 CMS 垃圾回收器？

答：

• CMS是英文 Concurrent Mark-Sweep 的简称，是以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器。对于要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合。在启动 JVM 的参数加上“-XX: + UseConcMarkSweepGC”来指定使用 CMS 垃圾回收器。
• CMS 使用的是标记-清理的算法实现的，所以在 GC 的时候会产生大量的内存碎片，当剩余内存不能满足程序运行要求时，系统将会出现 Concurrent Mode Failure，临时 CMS 会采用 Serial Old 回收器进行垃圾清除，此时的性能将会被降低。
• 分为四个主要步骤初始标记、并发标记、重新标记、并发清除，详细步骤如下：
  • 初始标记（STW initial mark）：在这个阶段，需要虚拟机停顿正在执行的应用线程，官方的叫法STW（Stop To World）。这个过程从根对象扫描直接关联的对象，并作标记。这个过程会很快的完成。
  • 并发标记（Concurrent marking）： 这个阶段紧随初始标记阶段，在“初始标记”的基础上继续向下追溯标记。注意这里是并发标记，表示用户线程可以和 GC 线程一起并发执行，这个阶段不会暂停用户的线程哦。
  • 并发预清理（ Concurrent precleaning ）：这个阶段任然是并发的，JVM查找正在执行“并发标记”阶段时候进入老年代的对象（可能这时会有对象从新生代晋升到老年代，或被分配到老年代）。通过重新扫描，减少在一个阶段“重新标记”的工作，因为下一阶段会STW。
  • 重新标记（STW remark）：这个阶段会再次暂停正在执行的应用线程，重新重根对象开始查找并标记并发阶段遗漏的对象（在并发标记阶段结束后对象状态的更新导致），并处理对象关联。这一次耗时会比“初始标记”更长，并且这个阶段可以并行标记。
  • 并发清理（Concurrent sweeping）：这个阶段是并发的，应用线程和GC清除线程可以一起并发执行。
  • 并发重置（Concurrent reset）：这个阶段仍然是并发的，重置CMS收集器的数据结构，等待下一次垃圾回收。

缺点：

• 内存碎片：由于使用了 标记-清理算法，导致内存空间中会产生内存碎片。不过CMS收集器做了一些小的优化，就是把未分配的空间汇总成一个列表，当有JVM需要分配内存空间的时候，会搜索这个列表找到符合条件的空间来存储这个对象。但是内存碎片的问题依然存在，如果一个对象需要3块连续的空间来存储，因为内存碎片的原因，寻找不到这样的空间，就会导致****Full GC。
• 需要更多的 CPU 资源： 由于使用了并发处理，很多情况下都是GC线程和应用线程并发执行的，这样就需要占用更多的CPU资源，也是牺牲了一定吞吐量的原因。
• 需要更大的堆空间：因为CMS标记阶段应用程序的线程还是执行的，那么就会有堆空间继续分配的问题，为了保障CMS在回收堆空间之前还有空间分配给新加入的对象，必须预留一部分空间。CMS默认在老年代空间使用68%时候启动垃圾回收。可以通过-XX:CMSinitiatingOccupancyFraction=n来设置这个阀值。

13、详细介绍一下 G1 垃圾回收器？

答：开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于 Region 的内存布局，主要面向服务端，最初设计目标是替换 CMS。

G1 之前的收集器，垃圾收集目标要么是整个新生代，要么是整个老年代或整个堆。而 G1 可面向堆任何部分来组成回收集进行回收，衡量标准不再是分代，而是哪块内存中存放的垃圾数量最多，回收受益最大。跟踪各 Region 里垃圾的价值，价值即回收所获空间大小以及回收所需时间的经验值，在后台维护一个优先级列表，每次根据用户设定允许的收集停顿时间优先处理回收价值最大的 Region。这种方式保证了 G1 在有限时间内获取尽可能高的收集效率。

运行过程：

• 初始标记（会 STW ）：标记 GC Roots 能直接关联到的对象，让下一阶段用户线程并发运行时能正确地在可用Region 中分配新对象。需要 STW 但耗时很短，在 Minor GC时同步完成；
• Root Region Scanning 根区域扫描： 根区域扫描是从Survior区的对象出发，标记被引用到老年代中的对象，并把它们的字段在压入扫描栈（marking stack）中等到后续扫描。与Initial Mark不一样的是，Root Region Scanning不需要STW与应用程序是并发运行。Root Region Scanning必须在YGC开始前完成；
• 并发标记（ Concurrent Marking ）： 这个阶段从GC Root开始对heap中的对象标记，标记线程与应用程序线程并行执行，并且收集各个Region的存活对象信息；
• 最终标记（Remark，STW）： 标记那些在并发标记阶段发生变化的对象，将被回收；
• 清除垃圾（Cleanup）： 清除空Region（没有存活对象的），加入到free list。

G1从整体来看是基于标记-整理 算法实现的回收器，但从局部（两个Region之间）上看又是基于 标记-复制 算法实现的。

SATB也是有副作用的，如果被替换的白对象就是要被收集的垃圾，这次的标记会让它躲过GC，这就是float garbage。因为 SATB 的做法精度比较低，所以造成的float garbage也会比较多。

14、CMS收集器和G1收集器的区别：

• CMS收集器是老年代的收集器，可以配合新生代的Serial和ParNew收集器一起使用；G1收集器收集范围是老年代和新生代，不需要结合其他收集器使用。
• CMS收集器以最小的停顿时间为目标的收集器；G1收集器可预测垃圾回收的停顿时间。
• CMS收集器是使用“标记-清除”算法进行的垃圾回收，容易产生内存碎片；G1收集器使用的是“标记-整理”算法，进行了空间整合，降低了内存空间碎片。

15、频繁产生Full GC是什么原因？

• 系统并发高、执行耗时过长，或者数据量过大，导致 young gc频繁，且gc后存活对象太多，但是survivor 区存放不下（太小 或 动态年龄判断） 导致对象快速进入老年代，老年代迅速堆满；
• 程序一次性加载过多对象到内存 （大对象），导致频繁有大对象进入老年代造成full gc；
• 存在内存溢出的情况，老年代驻留了大量释放不掉的对象，只要有一点点对象进入老年代就达到full gc的水位了；
• 元数据区加载了太多类 ，满了 也会发生 full gc；
• 堆外内存 direct buffer memory 使用不当导致。

16、频繁产生Full GC 怎么排查问题进行调整？

答：

• 通过JVM参数获取dump文件；

# 1.线上环境如果有流量需要在启动服务脚本中加入如下JVM参数，表示在发生fullgc的时候自动dump -XX:HeapDumpBeforeFullGC
# 2.与第一个JVM参数配套使用，指定dump文件的保存路径，便于排查问题，路径也可以是相对路径
-XX:HeapDumpPath=保存dump文件的文件绝对路径

# 说明：如果加入这两个jvm参数还是没有dump下来文件，可能是你的jvm的参数中有其他的参数导致dump失败，排查看是否有如下参数，如果有去掉即可
-XX:+DisableExplicitGC

• 通过JDK自带的工具jmap获取dump文件；

# 导出内存dump文件
jmap -F -dump:live,file=jmap.hprof [PID] 

• 把dump文件从线上主机下载到本地；

# 命令格式：  
scp local_file remote_username@remote_ip:remote_folder  
或者
scp local_file remote_username@remote_ip:remote_file  
或者
scp local_file remote_ip:remote_folder  
或者
scp local_file remote_ip:remote_file

• 通过JDK自带的jvisualvm工具分析或者下载三方软件jprofiler来分析dump文件即可；
• 最重要的一点，要把 fullgc 发生时刻的 dump 文件和正常没有发生 fullgc 时间的 dump 文件都下载到本地，然后对比观察分析方便找到问题原因。

17、Full GC效果不好 每次只能从90%-》85%之后又90%了，这种情况下应该怎么办比较好?

答：

• 如果是一次fullgc后，剩余对象不多。那么说明你eden区设置太小，导致短生命周期的对象进入了old区。
• 如果一次fullgc后，old 区回收率不大，那么说明old区太小。