Java 垃圾回收机制小结以及优化建议，kafka 的工作原理图

Java 的内存是不用我们开发者自己来管理的，这个大家都知道，但是那它到底是怎么运作的呢？ 我们都知道 GC，也就是垃圾回收机制，但到底什么是 GC。 我们一起来看看。

什么是 GC

垃圾回收是一种自动的存储管理机制。当一些被占用的内存不再需要时，就应该予以释放，以让出空间，这种存储资源管理，称为垃圾回收（garbage collection）。垃圾回收器可以让程序员减轻许多负担，也减少程序员犯错的机会。 我们来主要看看 Java 的 gc 机制。

整个 Java 堆可以切割成为三个部分：

1. Young(年轻代)：

2. Eden（伊利园）：存放新生对象。

3. Survivor（幸存者）：存放经过垃圾回收没有被清除的对象。

4. Tenured(老年代)：对象多次回收没有被清除，则移到该区块。

5. Perm：存放加载的类别还有方法对象。

GC 会造成什么影响

在开始学习 GC 之前你应该知道一个词：stop-the-world。不管选择哪种 GC 算法，stop-the-world 都是不可避免的。 也就是说，当垃圾回收开始清理资源时，其余的所有线程都会被停止。所以，我们要做的就是尽可能的让它执行的时间变短。如果清理的时间过长，在我们的应用程序中就能感觉到明显的卡顿。

什么情况下 GC 会执行

因为它对系统影响很明显，所以它到底在什么时候执行呢？

总的来说,有两个条件会触发主 GC:

1. 当应用程序空闲时,即没有应用线程在运行时,GC 会被调用。因为 GC 在优先级最低的线程中进行,所以当应用忙时,GC 线程就不会被调用,但以下条件除外。

2. Java 堆内存不足时,GC 会被调用。当应用线程在运行,并在运行过程中创建新对象,若这时内存空间不足,JVM 就会强制地调用 GC 线程,以便回收内存用于新的分配。若 GC 一次之后仍不能满足内存分配的要求,JVM 会再进行两次 GC 作进一步的尝试,若仍无法满足要求,则 JVM 将报“out of memory”的错误,Java 应用将停止。

由于是否进行主 GC 由 JVM 根据系统环境决定,而系统环境在不断的变化当中,所以主 GC 的运行具有不确定性,无法预计它何时必然出现,但可以确定的是对一个长期运行的应用来说,其主 GC 是反复进行的。

垃圾回收的一般步骤

之前已经了解到 Java 堆被主要分成三个部分，而垃圾回收主要是在 Young（年轻代）和 Tenured（老年代）工作。 而 年轻代 又包括 Eden（伊利园）和两个 Survivor（幸存者）。 下面我们就来看看这些空间是如何进行交互的：

1、首先，所有新生成的对象都是放在年轻代的 Eden 分区的，初始状态下两个 Survivor 分区都是空的。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。

2、当 Eden 区满的的时候，小垃圾收集就会被触发。

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3、当 Eden 分区进行清理的时候，会把引用对象移动到第一个 Survivor 分区，无引用的对象删除。

4、在下一个小垃圾收集的时候，在 Eden 分区中会发生同样的事情：无引用的对象被删除，引用对象被移动到另外一个 Survivor 分区（S1）。此外，从上次小垃圾收集过程中第一个 Survivor 分区（S0）移动过来的对象年龄增加，然后被移动到 S1。当所有的幸存对象移动到 S1 以后，S0 和 Eden 区都会被清理。注意到，此时的 Survivor 分区存储有不同年龄的对象。

5、在下一个小垃圾收集，同样的过程反复进行。然而，此时 Survivor 分区的角色发生了互换，引用对象被移动到 S0，幸存对象年龄增大。Eden 和 S1 被清理。

6、这幅图展示了从年轻代到老年代的提升。当进行一个小垃圾收集之后，如果此时年老对象此时到达了某一个个年龄阈值（例子中使用的是 8），JVM 会把他们从年轻代提升到老年代。

7、随着小垃圾收集的持续进行，对象将会被持续提升到老年代。

8、这样几乎涵盖了年轻一代的整个过程。最终，在老年代将会进行大垃圾收集，这种收集方式会清理-压缩老年代空间。

也就是说，刚开始会先在新生代内部反复的清理，顽强不死的移到老生代清理，最后都清不出空间，就爆炸了。

与堆配置相关的参数

| 参数 | 描述 |

| --- | --- |

| -Xms | JVM 启动的时候设置初始堆的大小 |

| -Xmx | 设置最大堆的大小 |

| -Xmn | 设置年轻代的大小 |

| -XX:PermSize | 设置持久代的初始的大小 |

| -XX:MaxPermSize | 设置持久代的最大值 |

优化建议：

根据 GC 的工作原理，我们可以通过一些技巧和方式，让 GC 运行更加有效率

1. 最基本的建议就是尽早释放无用对象的引用。大多数程序员在使用临时变量的时候，都是让引用变量在退出活动域（scope）后，自动设置为 null。好的做法是：如果程序允许，尽早将不用的引用对象赋为 null，这样可以加速 GC 的工作；

2. 尽量少用 finalize 函数。finalize 函数是 Java 提供给程序员一个释放对象或资源的机会。但是，它会加大 GC 的工作量，因此尽量少采用 finalize 方式回收资源；

3. 如果需要使用经常使用的图片，可以使用 SoftReference 类型。它可以尽可能将图片保存在内存中，供程序调用，而不引起 OutOfMemory；

4. 注意集合数据类型，包括数组，树，图，链表等数据结构，这些数据结构对 GC 来说，回收更为复杂，所以使用结束应立即置为 null，不要等堆在一起。另外，注意一些全局的变量，以及一些静态变量。这些变量往往容易引起悬挂对象（dangling reference），造成内存浪费；

5. 当程序有一定的等待时间(注意，是有一定等待时间时)，程序员可以手动执行 System.gc()，通知 GC 运行，但是 Java 语言规范并不保证 GC 一定会执行。使用增量式 GC 可以缩短 Java 程序的暂停时间。System.gc()； Runtime.getRuntime().gc() 这个方法对资源消耗较大尽量不要手动去调用这个方法，不然可能引起程序的明显卡顿；