Java 可視化垃圾回收_動(dòng)力節(jié)點(diǎn)Java學(xué)院整理

更新時(shí)間：2017年05月23日 10:22:21 投稿：mrr

Ben Evans是一名資深培訓(xùn)師兼顧問，他在演講可視化垃圾回收中從基礎(chǔ)談起討論了垃圾回收。以下是對(duì)其演講的簡(jiǎn)短總結(jié)。感興趣的朋友一起學(xué)習(xí)吧

Ben Evans是一名資深培訓(xùn)師兼顧問，他在演講可視化垃圾回收中從基礎(chǔ)談起討論了垃圾回收。

以下是對(duì)其演講的簡(jiǎn)短總結(jié)。

基礎(chǔ)

當(dāng)談到釋放不再使用的內(nèi)存，垃圾回收已經(jīng)在很大程度上取代了早期技術(shù)，比如手動(dòng)內(nèi)存管理和引用計(jì)數(shù)。

這是件好事，因?yàn)閮?nèi)存管理令人厭煩，學(xué)究式地簿記是計(jì)算機(jī)擅長(zhǎng)的，而不是人擅長(zhǎng)的。在這方面，語言的運(yùn)行時(shí)環(huán)境比人強(qiáng)。

現(xiàn)代的垃圾回收非常高效，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過早期語言中典型的手工分配。通常，具有其它語言背景的人只盯著垃圾回收造成的中斷，卻沒有完全理解自動(dòng)內(nèi)存管理發(fā)生作用的上下文環(huán)境。

標(biāo)記&清除是Java（及其它運(yùn)行時(shí)環(huán)境）用于垃圾回收的基本算法。

在標(biāo)記&清除算法中，引用會(huì)從每個(gè)線程棧的楨指向程序的堆。所以，從棧開始，循著指針找到所有可能的引用，然后再循著這些引用遞歸下去。

當(dāng)遞歸完成，就找到了所有的活對(duì)象，其它的都是垃圾。

請(qǐng)注意，人們經(jīng)常漏掉的一點(diǎn)是，運(yùn)行時(shí)環(huán)境本身也有一個(gè)“分配清單（allocation list）”，上面列出了指向每個(gè)對(duì)象的指針，該列表由垃圾回收器負(fù)責(zé)維護(hù)，并幫助垃圾回收器進(jìn)行垃圾清理。因此，運(yùn)行時(shí)環(huán)境總是可以找出由它創(chuàng)建但尚未回收的對(duì)象。

圖一

上面插圖中所示的棧只是一個(gè)與單個(gè)應(yīng)用程序線程相關(guān)的棧；每個(gè)應(yīng)用程序線程都有一個(gè)類似的棧，每個(gè)棧本身都有一組指向堆的指針。

如果垃圾回收器試圖在應(yīng)用程序運(yùn)行過程中獲取活對(duì)象的快照，那么它就要追蹤運(yùn)動(dòng)著的目標(biāo)，那樣很容易漏掉一些嚴(yán)重超時(shí)的對(duì)象分配，因而無法獲得一個(gè)準(zhǔn)確的快照。因此，“Stop the World”是有必要的；也就是，停止應(yīng)用程序線程足夠長(zhǎng)的時(shí)間，以便捕獲活對(duì)象的快照。

下面是垃圾回收器必須遵循的兩條黃金法則：

垃圾回收器必須回收所有的垃圾。垃圾回收器必須從不回收任何活對(duì)象。

但這兩條規(guī)則并不是對(duì)等的；如果違反了第二條規(guī)則，結(jié)果會(huì)使數(shù)據(jù)遭到破壞。

另一方面，如果違反了第一條規(guī)則，則會(huì)是另一種情況，系統(tǒng)并不總是能夠回收所有的垃圾，但最終會(huì)回收所有的垃圾，那么這是可以接受的，而實(shí)際上，這是垃圾回收器的基本原理。

HotSpot

現(xiàn)在，我們來說下HotSpot，它實(shí)際上是一個(gè)C、C++以及許多特定于平臺(tái)的匯編程序組成的混合體。

當(dāng)人們想到解釋器，就會(huì)想到一個(gè)很大的while循環(huán)，其中包含一個(gè)很長(zhǎng)的switch語句。但HotSpot解釋器比那個(gè)要復(fù)雜的多（由于性能原因）。在開始閱讀JDK源代碼的時(shí)候，就會(huì)發(fā)現(xiàn)HotSpot中實(shí)在是有許多匯編程序代碼。

對(duì)象創(chuàng)建

Java會(huì)預(yù)先分配大量的連續(xù)空間，就是我們所說的“堆”。之后，HotSpot完全在用戶空間里管理這塊內(nèi)存。

如果一個(gè)Java進(jìn)程占用了大量的系統(tǒng)（或內(nèi)核）時(shí)間，那么毫無疑問，它不是在進(jìn)行垃圾回收——因?yàn)樗械睦厥諆?nèi)存“簿記（bookkeeping）”都是在用戶空間進(jìn)行的。

內(nèi)存池

圖二

“永久代（PermGen）”是一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域，用于保存那些需要在程序生存期內(nèi)一直存活的東西，如類的元數(shù)據(jù)。不過，隨著應(yīng)用程序服務(wù)器的出現(xiàn)，它們有自己的類加載器，并且需要重新加載類的元數(shù)據(jù)，永久代作為一個(gè)優(yōu)化決策開始顯得糟糕，所幸，它在Java 8中消失了。

Java 8將會(huì)使用一個(gè)名為“元空間（Metaspace）”的新概念。元空間與永久代并不完全相同。它在堆的外面，由操作系統(tǒng)管理。這意味著，它不會(huì)在Java堆中，而是在本地內(nèi)存里。目前，這還不是一個(gè)非常好的消息，因?yàn)闆]有多少工具能夠讓用戶輕松地查看本地內(nèi)存。所以，永久代消失是件好事，但工具趕上這個(gè)變化還需要一些時(shí)間。

Java堆布局

現(xiàn)在，我們來看下Java堆。注意堆空間之間的虛擬空間。它們提供了一點(diǎn)浮動(dòng)量，以允許對(duì)內(nèi)存池進(jìn)行一定量的尺寸調(diào)整，又不用為任何對(duì)象移動(dòng)付出代價(jià)。

圖三

“弱代假設(shè)（Weak Generational Hypothesis）”

就現(xiàn)狀而言，究竟為什么要將堆分成所有這些內(nèi)存池？

圖四

有的運(yùn)行時(shí)事實(shí)無法通過靜態(tài)分析推導(dǎo)出來。上面的插圖說明有兩組對(duì)象：一組存活時(shí)間短，一組存活時(shí)間長(zhǎng)——所以，做額外的簿記以便利用這一事實(shí)是有意義的。在Java平臺(tái)中，有許多類似的作為優(yōu)化寫入平臺(tái)的事實(shí)。

演示

Ben Evans進(jìn)行了一系列的動(dòng)畫演示。第一個(gè)演示是個(gè)Flash，說明了對(duì)象在Eden區(qū)和一個(gè)新生代Survivor空間之間移動(dòng)，并最終進(jìn)入老年代的過程。

圖五是用JavaFX再現(xiàn)了同樣的過程。

圖五

運(yùn)行時(shí)開關(guān)

‘強(qiáng)制性'參數(shù)

-verbose：gc——為用戶輸出一些GC信息 -Xloggc:<文件路徑>——指定日志輸出路徑，要確保磁盤有空間 -XX：+PringGCDetails——為輔助工具提供“最低限度信息（Minimum information）”

——用這個(gè)參數(shù)代替-verbose：gc

--XX：PrintTenuringDistribution——“過早提升（Premature promotion）”信息 基本堆大小參數(shù)-Xms<size>—— 設(shè)置預(yù)留給堆的最小內(nèi)存值 -Xmx<size>—— 設(shè)置預(yù)留給堆的最大內(nèi)存值 -XX:MaxPermSize=<size>——設(shè)置永久代的最大內(nèi)存值

——有利于Spring應(yīng)用程序和應(yīng)用服務(wù)器

以前，我們被教導(dǎo)要把-Xms和-Xmx的值設(shè)的一樣大。不過這已經(jīng)變了。因此，現(xiàn)在可以為-Xms設(shè)置一個(gè)合理范圍內(nèi)較小的值，或者根本就不設(shè)置，因?yàn)槎训倪m應(yīng)能力現(xiàn)在已經(jīng)非常好了。

其它參數(shù)-XX:NewRatio=N -XX:NewSize=N -XX:MaxNewSize=N -XX:MaxHeapFreeRatio -XX:MinHeapFreeRatio -XX:SurvivorRatio=N -XX:MaxTenuringThreshold=N