Java常见问题总结五

1、垃圾回收方式

SerialGC(串行垃圾回收):为单线程环境设计且使用一个线程进行垃圾回收，会暂停所有的用户线程。
ParalleGC(并行垃圾回收)：对过GC线程并行工作，此时用户线程是停止的。
ConcMarkSweep(CMS)：用户线程和GC线程同时执行，不需要停顿用户线程。
G1垃圾回收器：将内存分割成不同的区域然后并发的进行垃圾回收。

2、查看当前默认的垃圾回收器

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

3、7大垃圾回收器

在新生代主要使用：Serial copying、Parnew、Parallel Scavenge。相对应的同时会在老年代激活：Serial MSC、CMS、Parallel Compacting；以及还有一个G1垃圾回收器。

/*************************新生代*********************/
serial收集器(串行收集器):
    -- 是一个单线程的收集器，在进行垃圾回收时，暂停其他所有用户线程，有可能会产生较长的停顿状态(stop-the-world)
    -- 通过设置-XX:+UseSerialGC进行开启，会使用Serial(Young 区)+Serial old(old区)的收集器组合。
    -- 即新老代都会使用串行收集器，新生代使用复制算法，老年代使用标记-整理算法。

ParNew(并行收集器)：
    -- 使用多线程进行垃圾回收，也会暂停其他所有用户线程。
    -- 通过设置-XX:+UseParNewGC启用收集器，会使用ParNew(Young区)+Serial old(old区)的收集器组合。
    -- 新生代使用复制算法，老年代采用标记-整理算法。不过现在已被移除。

Parallel New(并行收集器)：
    -- 是一个吞吐量有限的收集器。串行收集器在新生代和老年代的并行化。
    -- 关注的重点是吞吐量和自适应调节策略(会根据当前系统的运行情况来提供最适应的停顿时间 -XX:+MaxGCPauseMillis)
    -- 通过设置-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseParallelOldGC(相互激活)来使用
    -- 参数-XX:+ParallelGCThreads=N N代表启动多少个GC线程。

/*************************老年代*********************/
Parallel old
    -- 是ParallelScavenge的老年代版本
    -- 通过设置-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseParallelOldGC(相互激活)来使用

CMS(并发标记清除)
    -- 是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
    -- 通过设置-XX:+UseConcMarkSweepGC会自动打开-XX:+UseParNewGC。
    -- 开启后使用ParNew(Young区)+CMS(Old区)+Serial old的收集器组合。
    -- Serial old将作为CMS出错的后备收集器。CMS必须要在老年代堆内存用完之前完成回收，要不然就出发后备收集器造成较大的停顿。
    -- 一共有4步：
        1.初始标记：标记GC roots能关联到的对象，会暂停所有工作。
        2.并发标记：和用户线程一起工作，主要标记过程，标记全部对象。
        3.重新标记：暂停所有工作线程，用于确认是否又有新的标记。
        4.并发清除：清理不可达对象，和用户线程一起，不需要暂停工作线程
        5.优点是并发执行CPU资源压力大，缺点是会导致大量的碎片。

Serial old
    -- 是Serial的老年版本

以上的收集器都有这些共同点：1、新生代和老年代都是各自独立且连续的内存块。2、老年代收集必须扫描整个老年代。3、都是尽可能的少而快速的执行GC为原则。

4、G1垃圾回收器

是一种服务端的垃圾收集器，在实现高吞吐量的同时，也实现尽可能满足垃圾收集暂停时间。像CMS一样能与应用程序并发执行。

G1的优点在于：1、充分利用多核多CPU的硬件优势，尽量缩短STW(系统暂停时间)。2、整体采用标记-整理算法不会产生内存碎片。3、不再区分老年代和新生代把内存划分为多个独立的子区域。

堆有新生代(1/3)和老年代(2/3)，新生代包含伊甸园和幸存者区两个(8:1:1)，当分代年龄到达一定次数就会从新生代到老年代。JVM调优的目的是减少STW(stopedWord)，大对象(数组、字符串)会直接进入老年代。

回收步骤：

Eden区的数据移动到Survivor区，如果Survivor区内存不够，Eden区数据部分移动到old区。
Survivor区移动到新的Survivor区，部分数据回到old区。
最后Eden区收拾干净，GC结束。

G1相关的参数：

-XX:+UseG1GC 使用G1垃圾回收器
-XX:G1HeapRegionSize=n  设置G1区域的大小，值是2的幂从1MB--32MB
-XX:MaxGCPauseMillis=n  设置GC的停顿时间，JVM尽可能停顿时间少于这个时间。
-XX:ConcGCThreads=n 并发使用GC的线程数
-XX:InitialingHeapOccupancyPercent=n  设置堆占用多少就出发GC
-XX:G1ReservePrecent=n  设置空闲时间的预留内存百分比

Springboot相关JVM调优

java -server [jvm相关参数]  -jar 包名

5. Java内存对象布局

一个对象实例包含对象头、实例数据、对齐填充；对象头包含对象标记(MarkWord) 、类型指针、长度(只有数组对象有，普通对象中没有)；MarkWord包含了hashcode、GC标记、GC次数、同步锁标记、偏向锁持有者。在64位系统中MarkWord占8字节、类元指针占8字节，总共16字节。

这就是为什么GC最大年龄是15，因为二进制1111就是15，age只分配了四位。类型指针是指向类元数据的指针(也就是指向方法区的 xxx的klass)；实例数据是存放类属性field的信息，包括父类信息；对齐填充虚拟机要求对象起始地址必须是8字节的整倍数，不是必须存在的，仅仅为了对齐。一个对象的大小 = MarkWord(8字节) + 类型指针(4字节) + 实例数据(根据实际情况，空对象没有) + 对其填充(根据实际情况)。

通过JOL查看对象的内存分布情况，首先先导入maven信息。

<dependency>
    <groupId>org.openjdk.jol</groupId>
    <artifactId>jol-core</artifactId>
    <version>0.9</version>
</dependency>

通过JOL就可以查看当前虚拟机信息以及对象的内存布局。

Object o = new Object();
System.out.println(VM.current().details());  // 获取当前虚拟机信息
System.out.println(VM.current().objectAlignment());   //  获取对象的对齐数
System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable()); //  获取一个对象的布局

对象的内存布局：这里的前两个header是MrakWord，第三个是类型指针，第四个是填充对齐。这里默认是开启了指针压缩导致类型指针由8字节压缩成4字节。SIZE代表字节大小，OFFSET代表偏移量也就是这个字段所占的byte数，TYPE代表class中定义的类型，VALUE代表内存中的值，DESCRIPTION代表类型的描述。value值需要从右下角到左上角倒着看，每个字节按照顺序，字节之间按照逆序。

6. 锁升级的过程

在JDK1.6之前只有无锁和重量级锁两种模式，由于重锁是在内核态处理的，所以从无锁到重锁之间切换时非常消耗资源的，为了减少获得和释放锁的资源消耗，添加了两种锁的方式偏向锁和轻量级锁；在JDK15后偏向锁被废弃了。锁升级的过程如下。

无锁 --> 偏向锁 --> 轻量级锁(CAS) --> 重量级锁(synchronized)

※ 无锁

在无锁的状态下打印对象的内存布局，可以发现最后两位是01，正是无锁的状态，但是现在还没有看见hashCode的值？

至于为什么没有看见hashCode的值是因为没有调用hashCode方法，只有手动调用后才会显示。

※ 偏向锁

是单线程竞争；一段同步代码一直被同一个线程访问，由于只有一个线程，那么该线程在后续访问中会自动获得锁。换言之，偏向锁会偏向第一个访问锁的线程，如果锁后续没有被其他线程访问，则持有偏向锁的线程永远不需要触发同步，也即偏向锁在资源没有竞争下消除了同步语句，都不用CAS，可直接提高性能。

可以通过命令在系统中看到，在JDK1.8中默认是开启偏向锁的，延迟4s(也就是程序执行4s后才会开启偏向锁，在JDK11中没有延迟)。

有两种触发偏向锁的方式，一种是直接在程序执行的时候直接sleep大于4秒的时间；第二种就是通过给定Java虚拟机参数。

-XX:BiasedLockingStartupDelay=0  将延迟设置为0s
-XX:-UseBiasedLocking   关闭偏向锁

偏向锁的流程：偏向锁会将第一个访问锁的线程Id记录在自己的MarkWord中，第二次，会先判断当前线程Id和MarkWord保存的是否一致，如果一致则直接进入同步代码块无需加锁；如果不一致则需要抢占，如果抢占成功则修改MarkWord的中记录的线程Id，此时不会升级锁；如果失败则会在等待到全局安全点(不会执行任何代码)、同时检查持有的偏向锁是否还在执行判断，如果持有偏向锁的线程正在执行同步代码块，则升级完CAS后，该线程还会占用CAS；如果持有偏向锁的线程已退出同步代码块，则剩下的线程进行CAS竞争；之后就会撤销偏向锁。

public void func2(){
    Object o = new Object();
    new Thread(() -> {
        synchronized (o){
            System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
        }
    }).start();
}

设置完启动参数以后我们再次打印对象的内存布局会发现，MarkWord已经加上了线程Id。

※ 轻量级锁

是多线程竞争；但是任意时刻最多一个线程进行竞争，即不是很激烈的情况。可以通过关闭偏向锁的命令来验证轻量级锁。

Object o = new Object();
new Thread(() -> {
    synchronized (o){
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
}).start();

当轻量级锁自旋一定次数以后就会升级成重量级锁。自旋次数在Java6之前自旋默认10次，或者自旋线程数超过CPU核数的一半，可以通过 -XX: PreBlockSpin = 10来修改；在Java6之后采用自适应自旋锁，其原理是如果本次自旋成功了，那么下次就会增大自旋的次数，反之会减少自选次数，减少CPU的空转。

※ 重量级锁

Object o = new Object();
new Thread(() -> {
    synchronized (o){
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
}).start();
new Thread(() -> {
    synchronized (o){
        System.out.println(ClassLayout.parseInstance(o).toPrintable());
    }
}).start();

升级成重量级锁之后 hashCode和GC年龄都去哪里了？？

当一个对象计算过hashCode就无法进入偏向锁的状态了，会跳过偏向锁阶段直接进入轻量级锁；如果正处于偏向锁，并在此时调用了hashCode，就会撤销偏向锁，升级成为重量级锁(如果可以的话那么前后两次的hashCode就不能保持唯一)；如果处于轻量锁状态，hashCOde会在当前锁的栈帧中存放，释放锁会将信息重新写回对象头内；如果处于重量级锁，对象头指向了重量级锁的位置 ObjetMonitor对象中会存储hashCode。