作业一：

（至少完成一个）

• 请简述 JVM 垃圾回收原理。

• 设计一个秒杀系统，主要的挑战和问题有哪些？核心的架构方案或者思路有哪些？

垃圾回收的简单描述

什么是自动垃圾收集？

自动垃圾收集是查看堆内存的过程，可以识别哪些对象正在使用，哪些不是，以及删除未使用的对象。一个正在使用的对象或一个被引用的对象，意味着你的程序的某个部分仍然保持着一个指向这个对象的指针。未使用的对象或未引用的对象不再被程序的任何部分引用。所以未被引用的对象所使用的内存可以被回收。

在像 C 这样的编程语言中，分配和释放内存是一个手动过程。在 Java 中，释放内存的过程由垃圾收集器自动处理。基本过程可以描述如下。

第 1 步：标记

这个过程的第一步就是标记。这是垃圾收集器标记内存中哪些对象正在被使用，哪些对象已经没有被使用。

有用的对象显示为蓝色，没有用的对象显示为黄色。在标记阶段扫描所有对象，然后做出这个决定。如果必须扫描系统中的所有对象，这可能是非常耗时的过程。

第 2 步：普通删除

内存维护着一个空闲内存列表，每次分配空间时，会来这个列表上找到合适的空间分配。正常删除时，会把没有用到的对象的内存空间还给空闲列表。

另一种第 2 步：删除并压缩

为了进一步提高性能，除了删除未引用的对象之外，还可以压缩剩余的引用对象。 通过移动被引用的对象，这使得新的内存分配变得更容易和更快。

为什么使用分代垃圾收集？

如前所述，标记和压缩 JVM 中的所有对象效率不高。 随着越来越多的对象被分配，对象列表的增长和增长导致更长和更长的垃圾收集时间。 然而，应用程序的实证分析表明，大多数对象是短暂的。

这里给个数据的例子。

正如你所看到的，随着时间的推移对象保持存活的越来越少。 实际上，大多数对象的寿命都很短，如图左侧较高的值所示。

JVM 的分代

根据上面的对象的行为特性，我们可以总结出一个更好的方式来提高 JVM 垃圾回收的效率。所以，就把堆内存分成几种代，新生代，老年代，永久代（Java8 之后就没有永久代了，取而代之的是元数据 Metaspace）。

一个新的对象会被分配在新生代上，并且新的对象会在新生代里慢慢变老。当新生代的空间被占满后，就会触发一次 minor gc。假设新生代里的对象死亡率很高的话，那么新生代的垃圾回收就是很优的。一个充满死亡对象的新生代收集起来其实很快。幸存下来的对象会慢慢变老，直到可以移入老年代。

Stop the World Event——所有的新生代手机都是停止世界的事件。Stop the World Event 的意思是，所有的应用程序的线程都会被暂停，直到垃圾回收完成。新生代 GC 总是 Stop the World。

老年代是存放那些经历了多次 minor gc，年纪达到一个阈值之后的存活的对象。一般来说，会给对象设置一个年龄阈值，达到阈值之后，就会移入老年代。最后，老年代需要进行垃圾回收，就会触发一次 major gc。

Major gc 也是导致 Stop the World。在大部分情况下，major gc 是会比 minor gc 慢很多。所以，对于一个关注响应时间的应用来说，应该尽可能的降低 major gc 的次数。这里也要注意到，major gc 的停顿时间（Stop the World 的时间）是和你选取的垃圾收集器有关的。

永久代包含了 JVM 所需要的 class 和 method 的定义等元数据。永久代会随着 JVM 运行时加载的 class 而填充新的元数据。除此之外，Java SE 的类库也会被存储在这里。

如果 JVM 检测到这部分 class 不会被使用了，而且需要更多的内存空间来加载其他的 class，那么 class 也会被回收（unloaded/卸载）。这个收集包含在一次 full gc 中。（即便是在 Java8 之后，没有了所谓了永久代，取而代之的是元数据，但是，也会存在类型卸载的回收）

分代垃圾回收

现在你已经明白了为什么需要把堆细分成不同的几个代，现在是时候仔细的看看这种空间是如何工作的了。下面的图演示了在 JVM 中，对象的分配和变老的过程。

1.首先，任何对象都会被分配在 eden 区。两个 suvivor 区一开始都是空的。

这里是为了给读者介绍垃圾回收器的设计过程，和一步步的思考过程，在之后还是会有很多优化，可能会和一开始的设计意图相违背，请见谅。比如，有的对象甚至不分配到堆里（逃逸分析），有的大对象甚至会直接分配到 old 区（大对象分配），有的对象甚至会分配到堆外内存（nio 等），等等各种特殊情况。

2.当 eden 满了之后，就会触发一次 minor gc。

3.活着的对象会被移到第一个 suvovor 区（第一个第二个都是相对的）。没有被是用的对象就直接被清除了。

4.下一次 minor gc 发生时，同样的操作。没有被使用的对象被清除，活着的对象和被移到另一个 suvivor 区。而且，这些对象年龄会+1，然后被移入第二个 suvivor。所有的活着的对象都被移入这个新的 suvivor1，那么 eden 和 suvivor0 又都空了。但是，现在在 suvivor1 中，对象的年龄是不一样的。

5.下一次 minor gc，又会重复上面的步骤。不过对象是从 eden 和 suvicor1 移入到 suvivor0 中了。

6.终于，随便不断的 minor gc，对象的年龄越来越大，达到了阈值（这里是 8）时，他们会晋升带老年代。

7.随着更多的 minor gc，也有更多的对象晋升到老年代。

8.上面已经涵盖了新生代的整个过程。最后，老年代需要进行一次 major gc 来清除，压缩老年代的空间。