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<p id="tip" align="center"></p>
<div><h1>25 答疑课堂：模块四热点问题解答</h1>
<p>你好，我是刘超。</p>
<p>本周我们结束了“JVM 性能监测及调优”的学习，这一期答疑课堂我精选了模块四中 11 位同学的留言，进行集中解答，希望也能对你有所帮助。另外，我想为坚持跟到现在的同学点个赞，期待我们能有更多的技术交流，共同成长。</p>
<h2>[第 20 讲]</h2>
<p><img src="assets/31a205290c3b2391f115ee77f511a43a.jpeg" alt="img" /></p>
<p>很多同学都问到了类似“黑夜里的猫&quot;问到的问题，所以我来集中回复一下。JVM 的内存模型只是一个规范，方法区也是一个规范，一个逻辑分区，并不是一个物理空间，我们这里说的字符串常量放在堆内存空间中，是指实际的物理空间。</p>
<p><img src="assets/2ac5ee0c9a6fe67ce8f896be75d05f01.jpeg" alt="img" /></p>
<p>文灏的问题和上一个类似，一同回复一下。元空间是属于方法区的，方法区只是一个逻辑分区，而元空间是具体实现。所以类的元数据是存放在元空间，逻辑上属于方法区。</p>
<h2>[第 21 讲]</h2>
<p><img src="assets/f2fa07e388f5a3dbe84bb12bfea5ee76.jpeg" alt="img" /></p>
<p>Liam 同学，目前 Hotspot 虚拟机暂时不支持栈上分配对象。W.LI 同学的留言值得参考，所以这里一同贴出来了。</p>
<p><img src="assets/20e59cb2df51bd171d41c81e074821f2.jpeg" alt="img" /></p>
<h2>[第 22 讲]</h2>
<p><img src="assets/09ada15236e8ceeef2558d6ab7505425.jpeg" alt="img" /></p>
<p>非常赞，Region 这块，Jxin 同学讲解得很到位。这里我再总结下 CMS 和 G1 的一些知识点。</p>
<p>CMS 垃圾收集器是基于标记清除算法实现的，目前主要用于老年代垃圾回收。CMS 收集器的 GC 周期主要由 7 个阶段组成，其中有两个阶段会发生 stop-the-world，其它阶段都是并发执行的。</p>
<p><img src="assets/500c2f0e112ced378fd49a09c61c5caa.jpg" alt="img" /></p>
<p>G1 垃圾收集器是基于标记整理算法实现的，是一个分代垃圾收集器，既负责年轻代，也负责老年代的垃圾回收。</p>
<p>跟之前各个分代使用连续的虚拟内存地址不一样，G1 使用了一种 Region 方式对堆内存进行了划分，同样也分年轻代、老年代，但每一代使用的是 N 个不连续的 Region 内存块，每个 Region 占用一块连续的虚拟内存地址。</p>
<p>在 G1 中，还有一种叫 Humongous 区域，用于存储特别大的对象。G1 内部做了一个优化，一旦发现没有引用指向巨型对象，则可直接在年轻代的 YoungGC 中被回收掉。</p>
<p><img src="assets/f832278afd5cdb94decd1f6826056dbe.jpg" alt="img" /></p>
<p>G1 分为 Young GC、Mix GC 以及 Full GC。</p>
<p>G1 Young GC 主要是在 Eden 区进行，当 Eden 区空间不足时，则会触发一次 Young GC。将 Eden 区数据移到 Survivor 空间时，如果 Survivor 空间不足，则会直接晋升到老年代。此时 Survivor 的数据也会晋升到老年代。Young GC 的执行是并行的，期间会发生 STW。</p>
<p>当堆空间的占用率达到一定阈值后会触发 G1 Mix GC（阈值由命令参数 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 设定，默认值 45），Mix GC 主要包括了四个阶段，其中只有并发标记阶段不会发生 STW，其它阶段均会发生 STW。</p>
<p><img src="assets/b8090ff2c7ddf54fb5f6e3c19a36d32f.jpg" alt="img" /></p>
<p>G1 和 CMS 主要的区别在于：</p>
<ul>
<li>CMS 主要集中在老年代的回收，而 G1 集中在分代回收，包括了年轻代的 Young GC 以及老年代的 Mix GC；</li>
<li>G1 使用了 Region 方式对堆内存进行了划分，且基于标记整理算法实现，整体减少了垃圾碎片的产生；</li>
<li>在初始化标记阶段，搜索可达对象使用到的 Card Table，其实现方式不一样。</li>
</ul>
<p>这里我简单解释下 Card Table，在垃圾回收的时候都是从 Root 开始搜索，这会先经过年轻代再到老年代，也有可能老年代引用到年轻代对象，如果发生 Young GC，除了从年轻代扫描根对象之外，还需要再从老年代扫描根对象，确认引用年轻代对象的情况。</p>
<p>**这种属于跨代处理，非常消耗性能。**为了避免在回收年轻代时跨代扫描整个老年代，CMS 和 G1 都用到了 Card Table 来记录这些引用关系。只是 G1 在 Card Table 的基础上引入了 RSet，每个 Region 初始化时，都会初始化一个 RSet，RSet 记录了其它 Region 中的对象引用本 Region 对象的关系。</p>
<p>除此之外，CMS 和 G1 在解决并发标记时漏标的方式也不一样，CMS 使用的是 Incremental Update 算法，而 G1 使用的是 SATB 算法。</p>
<p>首先，我们要了解在并发标记中，G1 和 CMS 都是基于三色标记算法来实现的：</p>
<ul>
<li>黑色：根对象，或者对象和对象中的子对象都被扫描；</li>
<li>灰色：对象本身被扫描，但还没扫描对象中的子对象；</li>
<li>白色：不可达对象。</li>
</ul>
<p>基于这种标记有一个漏标的问题，也就是说，当一个白色标记对象，在垃圾回收被清理掉时，正好有一个对象引用了该白色标记对象，此时由于被回收掉了，就会出现对象丢失的问题。</p>
<p>为了避免上述问题，CMS 采用了 Incremental Update 算法，只要在写屏障（write barrier）里发现一个白对象的引用被赋值到一个黑对象的字段里，那就把这个白对象变成灰色的。而在 G1 中，采用的是 SATB 算法，该算法认为开始时所有能遍历到的对象都是需要标记的，即认为都是活的。</p>
<p>G1 具备 Pause Prediction Model ，即停顿预测模型。用户可以设定整个 GC 过程中期望的停顿时间，用参数 -XX:MaxGCPauseMillis 可以指定一个 G1 收集过程的目标停顿时间，默认值 200ms。</p>
<p>G1 会根据这个模型统计出来的历史数据，来预测一次垃圾回收所需要的 Region 数量，通过控制 Region 数来控制目标停顿时间的实现。</p>
<p><img src="assets/915e9793981a278112087f0c880b96b4.jpeg" alt="img" /></p>
<p>Liam 提出的这两个问题都非常好。</p>
<p>不管什么 GC，都会发送 stop-the-world，区别是发生的时间长短。而这个时间跟垃圾收集器又有关系，Serial、PartNew、Parallel Scavenge 收集器无论是串行还是并行，都会挂起用户线程，而 CMS 和 G1 在并发标记时，是不会挂起用户线程的，但其它时候一样会挂起用户线程，stop the world 的时间相对来说就小很多了。</p>
<p>Major Gc 在很多参考资料中是等价于 Full GC 的，我们也可以发现很多性能监测工具中只有 Minor GC 和 Full GC。一般情况下，一次 Full GC 将会对年轻代、老年代、元空间以及堆外内存进行垃圾回收。触发 Full GC 的原因有很多：</p>
<ul>
<li>当年轻代晋升到老年代的对象大小，并比目前老年代剩余的空间大小还要大时，会触发 Full GC；</li>
<li>当老年代的空间使用率超过某阈值时，会触发 Full GC；</li>
<li>当元空间不足时（JDK1.7 永久代不足），也会触发 Full GC；</li>
<li>当调用 System.gc() 也会安排一次 Full GC。</li>
</ul>
<p><img src="assets/a8a506a512922609669b4073d0dbc224.jpeg" alt="img" /></p>
<p>接下来解答 ninghtmare 的提问。我们可以通过 jstat -gc pid interval 查看每次 GC 之后，具体每一个分区的内存使用率变化情况。我们可以通过 JVM 的设置参数，来查看垃圾收集器的具体设置参数，使用的方式有很多，例如 jcmd pid VM.flags 就可以查看到相关的设置参数。</p>
<p><img src="assets/26d688a3af534fb00fe3b89d261e5c2e.jpg" alt="img" /></p>
<p>这里附上第 22 讲中，我总结的各个设置参数对应的垃圾收集器图表。</p>
<p><img src="assets/e29c9ac3e53ffbc8a5648644a87d6256.jpeg" alt="img" /></p>
<h2>[第 23 讲]</h2>
<p><img src="assets/bb92ec845c715f9d36a6ce48a0c7d276.jpeg" alt="img" /></p>
<p>我又不乱来同学的留言真是没有乱来，细节掌握得很好！</p>
<p>前提是老年代有足够接受这些对象的空间，才会进行分配担保。如果老年代剩余空间小于每次 Minor GC 晋升到老年代的平均值，则会发起一次 Full GC。</p>
<p><img src="assets/2838514b87e62d69bf51d7a7f12a0c20.jpeg" alt="img" /></p>
<p>看到这里，我发现爱提问的同学始终爱提问，非常鼓励啊，技术是需要交流的，也欢迎你有任何疑问，随时留言给我，我会知无不尽。</p>
<p>现在回答 W.LI 同学的问题。这个会根据我们创建对象占用的内存使用率，合理分配内存，并不仅仅考虑对象晋升的问题，还会综合考虑回收停顿时间等因素。针对某些特殊场景，我们可以手动来调优配置。</p>
<h2>[第 24 讲]</h2>
<p><img src="assets/1080a8574a1a1ded35b736ccbec40524.jpeg" alt="img" /></p>
<p>下面解答 Geek_75b4cd 同学的问题。</p>
<p>我们知道，ThreadLocal 是基于 ThreadLocalMap 实现的，这个 Map 的 Entry 继承了 WeakReference，而 Entry 对象中的 key 使用了 WeakReference 封装，也就是说 Entry 中的 key 是一个弱引用类型，而弱引用类型只能存活在下次 GC 之前。</p>
<p>如果一个线程调用 ThreadLocal 的 set 设置变量，当前 ThreadLocalMap 则会新增一条记录，但由于发生了一次垃圾回收，此时的 key 值就会被回收，而 value 值依然存在内存中，由于当前线程一直存在，所以 value 值将一直被引用。.</p>
<p>这些被垃圾回收掉的 key 就会一直存在一条引用链的关系：Thread --&gt; ThreadLocalMap–&gt;Entry–&gt;Value。这条引用链会导致 Entry 不会被回收，Value 也不会被回收，但 Entry 中的 key 却已经被回收的情况发生，从而造成内存泄漏。</p>
<p>我们只需要在使用完该 key 值之后，将 value 值通过 remove 方法 remove 掉，就可以防止内存泄漏了。</p>
<p><img src="assets/8da35d95d5b31e3f0a582dbd4d47fd9a.jpeg" alt="img" /></p>
<p>最后一个问题来自于 WL 同学。</p>
<p>内存泄漏是指不再使用的对象无法得到及时的回收，持续占用内存空间，从而造成内存空间的浪费。例如，我在[第 03 讲]中说到的，Java6 中 substring 方法就可能会导致内存泄漏。</p>
<p>当调用 substring 方法时会调用 new string 构造函数，此时会复用原来字符串的 char 数组，而如果我们仅仅是用 substring 获取一小段字符，而在原本 string 字符串非常大的情况下，substring 的对象如果一直被引用，由于 substring 里的 char 数组仍然指向原字符串，此时 string 字符串也无法回收，从而导致内存泄露。</p>
<p>内存溢出则是发生了 OutOfMemoryException，内存溢出的情况有很多，例如堆内存空间不足，栈空间不足，还有方法区空间不足等都会导致内存溢出。</p>
<p>内存泄漏与内存溢出的关系：内存泄漏很容易导致内存溢出，但内存溢出不一定是内存泄漏导致的。</p>
</div>
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