Java内存异常和垃圾回收机制

╰+哭是因爲堅強的太久メ 2024-03-22 15:52 50阅读 0赞

**内存溢出异常** **Java****会存在内存泄漏吗？请简单描述**

内存泄漏是指不再被使用的对象或者变量一直被占据在内存中。理论上来说， Java是有GC垃圾回收机制

的，也就是说，不再被使用的对象，会被GC自动回收 掉，自动从内存中清除。

但是， 即使这样，Java也还是存在着内存泄漏的情况，java导致内存泄露的原因 很明确：长生命周期的

对象持有短生命周期对象的引用就很可能发生内存泄露， 尽管短生命周期对象已经不再需要，但是因为

长生命周期对象持有它的引用而导 致不能被回收，这就是java中内存泄露的发生场景。

**内存溢出异常**

**Java**会存在内存泄漏吗？请简单描述

内存泄漏是指不再被使用的对象或者变量一直被占据在内存中。理论上来说， Java是有GC垃圾回收机制

的，也就是说，不再被使用的对象，会被GC自动回收 掉，自动从内存中清除。

但是，即使这样，Java也还是存在着内存泄漏的情况，java导致内存泄露的原因 很明确：长生命周期的

对象持有短生命周期对象的引用就很可能发生内存泄露， 尽管短生命周期对象已经不再需要，但是因为

长生命周期对象持有它的引用而导 致不能被回收，这就是java中内存泄露的发生场景。

**垃圾收集器**

**简述****Java****垃圾回收机制**

在java中，程序员是不需要显示的去释放一个对象的内存的，而是由虚拟机自行 执行。在JVM中，有一

个垃圾回收线程，它是低优先级的，在正常情况下是不会 执行的，只有在虚拟机空闲或者当前堆内存不

足时，才会触发执行，扫面那些没 有被任何引用的对象，并将它们添加到要回收的集合中，进行回收。

**GC****是什么？为什么要****GC**

GC 是垃圾收集的意思（Gabage Collection）,内存处理是编程人员容易出现问 题的地方，忘记或者错误

的内存

回收会导致程序或系统的不稳定甚至崩溃，Java 提供的 GC 功能可以自动监测 对象是否超过作用域从而

达到自动

回收内存的目的，Java 语言没有提供释放已分配内存的显示操作方法。

**垃圾回收的优点和原理。并考虑****2****种回收机制**java语言最显著的特点就是引入了垃圾回收机制，它使java程序员在编写程序时 不再考虑内存管理的问

题。

由于有这个垃圾回收机制，java中的对象不再有“作用域”的概念，只有引用的 对象才有“作用域”。

垃圾回收机制有效的防止了内存泄露，可以有效的使用可使用的内存。

垃圾回收器通常作为一个单独的低级别的线程运行，在不可预知的情况下对内存 堆中已经死亡的或很长

时间没有用过的对象进行清除和回收。

程序员不能实时的对某个对象或所有对象调用垃圾回收器进行垃圾回收。 垃圾回收有分代复制垃圾回

收、标记垃圾回收、增量垃圾回收。

**垃圾回收器的基本原理是什么？垃圾回收器可以马上回收 内存吗？有什么办法主动通知虚拟机进行垃圾**

**回收？** 对于GC来说，当程序员创建对象时，GC就开始监控这个对象的地址、大小以及 使用情况。

通常，GC采用有向图的方式记录和管理堆(heap)中的所有对象。通过这种方式 确定哪些对象是"可达

的"，哪些对象是"不可达的"。当GC确定一些对象为"不可 达"时，GC就有责任回收这些内存空间。

可以。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。

**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。

**怎么判断对象是否可以被回收？**

垃圾收集器在做垃圾回收的时候，首先需要判定的就是哪些内存是需要被回收 的，哪些对象是「存活」

的，是不可以被回收的；哪些对象已经「死掉」了，需 要被回收。

一般有两种方法来判断：

引用计数器法：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；

可达性分析算法：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

Roots 没有任何引用链相连时，则证明此对象是可以被回收的。

**在****Java****中，对象什么时候可以被垃圾回收**

当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。

垃圾回收不会发生在永久代，如果永久代满了或者是超过了临界值，会触发完全 垃圾回收(Full GC)。如

果你仔细查看垃圾收集器的输出信息，就会发现永久代 也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小

对避免Full GC是非常重要的原 因。

**JVM**中的永久代中会发生垃圾回收吗\*\*

垃圾回收不会发生在永久代，如果永久代满了或者是超过了临界值，会触发完全 垃圾回收(Full GC)。如

果你仔细查看垃圾收集器的输出信息，就会发现永久代 也是被回收的。这就是为什么正确的永久代大小

对避免Full GC是非常重要的原 因。请参考下Java8：从永久代到元数据区

(译者注：Java8中已经移除了永久代，新加了一个叫做元数据区的native内存 区)

**说一下** **JVM** **有哪些垃圾回收算法？**

标记\-清除算法：标记无用对象，然后进行清除回收。缺点：效率不高，无法清 除垃圾碎片。复制算法：按照容量划分二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。

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。

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。

**标记**\-**清**除算法\*\*

标记无用对象，然后进行清除回收。

标记\-清除算法（Mark-Sweep）是一种常见的基础垃圾收集算法，它将垃圾收 集分为两个阶段：

标记阶段：标记出可以回收的对象。

清除阶段：回收被标记的对象所占用的空间。

标记\-清除算法之所以是基础的，是因为后面讲到的垃圾收集算法都是在此算法 的基础上进行改进的。

**优**点\*\*：实现简单，不需要对象进行移动。

**缺**点\*\*：标记、清除过程效率低，产生大量不连续的内存碎片，提高了垃圾回收的 频率。

标记\-清除算法的执行的过程如下图所示

**复制算**法\*\*

为了解决标记\-清除算法的效率不高的问题，产生了复制算法。它把内存空间划 为两个相等的区域，每次

只使用其中一个区域。垃圾收集时，遍历当前使用的区 域，把存活对象复制到另外一个区域中，最后将

当前使用的区域的可回收的对象 进行回收。

**优**点**：按顺序分配内存即可，实现简单、运行高效，不用考虑内存碎片。** 缺**点**：可用的内存大小缩小为

原来的一半，对象存活率高时会频繁进行复制。 复制算法的执行过程如下图所示**标记**\-**整**理算法\*\*

在新生代中可以使用复制算法，但是在老年代就不能选择复制算法了，因为老年 代的对象存活率会较

高，这样会有较多的复制操作，导致效率变低。标记\-清除 算法可以应用在老年代中，但是它效率不高，

在内存回收后容易产生大量内存碎 片。因此就出现了一种标记\-整理算法（Mark-Compact）算法，与标

记\-整理 算法不同的是，在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端，使 他们紧凑的排

列在一起，然后对端边界以外的内存进行回收。回收后，已用和未 用的内存都各自一边。

**优点**：解决了标记\-清理算法存在的内存碎片问题。

**缺点**：仍需要进行局部对象移动，一定程度上降低了效率。

标记\-整理算法的执行过程如下图所示

**分代收集算法**

当前商业虚拟机都采用**分**代**收**集**的垃圾收集算法。分代收集算法，顾名思义是根 据对象的**存活周期**将内**

**存划分为几块。一般包括**年轻代**、**老年代 和 **永久代**，如 图所示：**说一下** **JVM** **有哪些垃圾回收器？**

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堆的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收集器（复制算法): 新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点 是简单高效；

ParNew收集器 (复制算法): 新生代收并行集器，实际上是Serial收集器的多线程 版本，在多核CPU

环境下有着比Serial更好的表现；

Parallel Scavenge收集器 (复制算法): 新生代并行收集器，追求高吞吐量，高效 利用 CPU。吞吐量

= 用户线程时间/(用户线程时间\+GC线程时间)，高吞吐量可以高 效率的利用CPU时间，尽快完成程

序的运算任务，适合后台应用等对交互相应要求不 高的场景；

Serial Old收集器 (标记\-整理算法): 老年代单线程收集器，Serial收集器的老年 代版本；

Parallel Old收集器 (标记\-整理算法)： 老年代并行收集器，吞吐量优先， Parallel Scavenge收集器

的老年代版本；

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记\-清除算法）： 老年代并行收集 器，以获取最短回收

停顿时间为目标的收集器，具有高并发、低停顿的特点，追求最 短GC回收停顿时间。

G1(Garbage First)收集器 (标记\-整理算法)： Java堆并行收集器，G1收集器是 JDK1.7提供的一个新

收集器，G1收集器基于“标记\-整理”算法实现，也就是说不会 产生内存碎片。此外，G1收集器不同

于之前的收集器的一个重要特点是：G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代，老年代)，而前六种

收集器回收的范围仅限于新生代 或老年代。**详细介绍一下** **CMS** **垃圾回收器？**

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\-清除的算法实现的，

所以在 gc的时候回产生大量的内存碎 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。

**新生代垃圾回收器和老年代垃圾回收器都有哪些？有什么 区别？**

新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS

整堆回收器：G1

新生代垃圾回收器一般采用的是复制算法，复制算法的优点是效率高，缺点是内 存利用率低；老年代回

收器一般采用的是标记\-整理的算法进行垃圾回收。

**简述分代垃圾回收器是怎么工作的？**

分代回收器有两个分区：老生代和新生代，新生代默认的空间占比总空间的 1/3，老生代的默认占比是

2/3。

新生代使用的是复制算法，新生代里有 3 个分区：Eden、To Survivor、From Survivor，它们的默认占

比是 8:1:1，它的执行流程如下：

把 Eden + From Survivor 存活的对象放入 To Survivor 区；

清空 Eden 和 From Survivor 分区；

From Survivor 和 To Survivor 分区交换，From Survivor 变 To Survivor，To Survivor 变 From

Survivor。

每次在 From Survivor 到 To Survivor 移动时都存活的对象，年龄就 \+1，当年 龄到达 15（默认配置是

15）时，升级为老生代。大对象也会直接进入老生代。

老生代当空间占用到达某个值之后就会触发全局垃圾收回，一般使用标记整理的 执行算法。以上这些循

环往复就构成了整个分代垃圾回收的整体执行流程。

**内**存分配策略\*\*

**简述****java****内存分配与回收策率以及****Minor GC****和****Major GC**

所谓自动内存管理，最终要解决的也就是内存分配和内存回收两个问题。前面我 们介绍了内存回收，这

里我们再来聊聊内存分配。

对象的内存分配通常是在 Java 堆上分配（随着虚拟机优化技术的诞生，某些场 景下也会在栈上分配，

后面会详细介绍），对象主要分配在新生代的 Eden 区， 如果启动了本地线程缓冲，将按照线程优先在

TLAB 上分配。少数情况下也会直 接在老年代上分配。总的来说分配规则不是百分百固定的，其细节取

决于哪一种 垃圾收集器组合以及虚拟机相关参数有关，但是虚拟机对于内存的分配还是会遵 循以下几种

「普世」规则：

**对象优先在** **Eden** **区分配**

多数情况，对象都在新生代 Eden 区分配。当 Eden 区分配没有足够的空间进行 分配时，虚拟机将会发

起一次 Minor GC。如果本次 GC后还是没有足够的空 间，则将启用分配担保机制在老年代中分配内存。

这里我们提到 Minor GC，如果你仔细观察过 GC 日常，通常我们还能从日志中 发现 Major GC/Full

GC。

**Minor GC** 是指发生在新生代的 GC，因为 Java 对象大多都是朝生夕死，所 有 Minor GC 非常频

繁，一般回收速度也非常快；**Major GC/Full GC** 是指发生在老年代的 GC，出现了 Major GC 通常会伴 随至少一次 Minor GC。

Major GC 的速度通常会比 Minor GC 慢 10 倍以上。

**大对象直接进入老年代**

所谓大对象是指需要大量连续内存空间的对象，频繁出现大对象是致命的，会导 致在内存还有不少空间

的情况下提前触发 GC 以获取足够的连续空间来安置新对 象。

前面我们介绍过新生代使用的是标记\-清除算法来处理垃圾回收的，如果大对象 直接在新生代分配就会导

致 Eden 区和两个 Survivor 区之间发生大量的内存复制。因此对于大对象都会直接在老年代进行分配。

**长期存**活**对象将进入老年代**

虚拟机采用分代收集的思想来管理内存，那么内存回收时就必须判断哪些对象应 该放在新生代，哪些对

象应该放在老年代。因此虚拟机给每个对象定义了一个对 象年龄的计数器，如果对象在 Eden 区出生，

并且能够被 Survivor 容纳，将被 移动到 Survivor 空间中，这时设置对象年龄为 1。对象在 Survivor 区

中每「熬 过」一次 Minor GC 年龄就加 1，当年龄达到一定程度（默认 15） 就会被晋升 到老年代。

Java内存异常和垃圾回收机制

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