内存管理：如何避免内存溢出和频繁的垃圾回收？

自动内存管理机制的实现原理

做内存管理，主要需要考虑申请内存和内存回收这两个部分。

 

申请内存的逻辑非常简单：

1、计算要创建对象所需要占用的内存大小；

2、在内存中找一块儿连续并且是空闲的内存空间，标记为已占用；

3、把申请的内存地址绑定到对象的引用上，这时候对象就可以使用了。

 

内存回收

内存回收需要做这样两件事儿：

1、先是要找出所有可以回收的对象，将对应的内存标记为空闲

2、整理内存碎片。

采用GC算法找出可回收对象，此类算法大多采用“标记-清除“算法或其变种，此类算法分为标记和清除两阶段:

• 标记阶段：从 GC Root 开始，你可以简单地把GC Root 理解为程序入口的那个对象，记所有可达的对象，因为程序中所有在用的对象一定都会被这个 GC Root 对象直接或者间接引用。
• 清除阶段：遍历所有对象，找出所有没有标记的对象。这些没有标记的对象都是可以被回收的，清除这些对象，释放对应的内存即可。

缺点：效率不高、空间问题、在执行标记和清除过程中，必须把进程暂停（Stop the world）。

 

java虚拟机中常见的垃圾收集器及其对应垃圾收集算法：

垃圾收集器

1、Serial收集器。（虚拟机运行在Client模式下的默认新生代收集器）

单线程收集器，在进行垃圾收集时，必须暂停所有其他的工作线程，直至结束。

2、ParNew收集器

Serial收集器的多线程版本。Server模式下的虚拟机首选

当老年代选择CMS时，新生代只能选择ParNew或者Serial

3、Parallel Scavenge收集器     复制算法

CMS等收集器关注点在响应时间，尽量缩短用户的停顿时间。而该收集器目的在于可控的吞吐量上。

GC停顿时间的缩短是以牺牲吞吐量和新生代空间换来的.

自适应调节策略

MaxGCPauseMillis参数更关注最大停顿时间

GCTimeRatio更关注吞吐量

4、Serial Old收集器                  标记整理

Serial的老年代版本，单线程收集器，给Client模式下的虚拟机使用。可与Parallel Scavenge搭配使用。作为CMS的备用

5、Parallel Old收集器                 标记整理

可与Parallel Scavenge搭配使用

6、CMS收集器（并发标记清除，并发低延迟收集器） 标记清除

注重响应时间，适合互联网站或者B/S系统的服务端上。

整个过程分为4个步骤：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除

初始标记和重新标记需要stop the world

缺点：CPU资源敏感，占用太多cpu资源

无法处理浮动垃圾

基于标记清除，产生大量空间碎片。容易触发Full GC

7、G1收集器（Garbage First）面向服务端

整个过程分为4个步骤：初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收

 

内存碎片：

标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片,空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中，需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

所以,垃圾回收完成后,还需要进行内存碎片整理,将不连续的空闲内存移动到一起,以便空出足够的连续内存空间供后续使用。

 

为什么在高并发下程序会卡死？

一般来说，我们的微服务在收到一个请求后，执行一段业务逻辑，然后返回响应。这个过程中，会创建一些对象，比如说请求对象、响应对象和处理中间业务逻辑中需要使用的一些对象等等。随着这个请求响应的处理流程结束，我们创建的这些对象也就都没有用了，它们将会在下一次垃圾回收过程中被释放。直到下一次垃圾回收之前，这些已经没有用的对象会一直占用内存。

 

在低并发情况下，单位时间内需要处理的请求不多，创建的对象数量不会很多，自动垃圾回收机制可以很好地发挥作用，它可以选择在系统不太忙的时候来执行垃圾回收，每次垃圾回收的对象数量也不多，相应的，程序暂停的时间非常短，短到我们都无法感知到这个暂停。这是一个良性的循环。

 

在高并发的情况下，一切都变得不一样了。我们的程序会非常繁忙，短时间内就会创建大量的对象，这些对象将会迅速占满内存，这时候，由于没有内存可以使用了，垃圾回收被迫开始启动，并且，这次被迫执行的垃圾回收面临的是占满整个内存的海量对象，它执行的时间也会比较长，相应的，这个回收过程会导致进程长时间暂停。

进程长时间暂停，又会导致大量的请求积压等待处理，垃圾回收刚刚结束，更多的请求立刻涌进来，迅速占满内存，再次被迫执行垃圾回收，进入了一个恶性循环。如果垃圾回收的速度跟不上创建对象的速度，还可能会产生内存溢出的现象。

于是，一到大促销，大量请求过来，服务就卡死了。

 

高并发下的内存管理技巧

对于开发者来说，垃圾回收是不可控的，而且是无法避免的。但是，还是可以通过一些方法来降低垃圾回收的频率，减少进程暂停的时长。

只有使用过被丢弃的对象才是垃圾回收的目标，所以，我们需要想办法在处理大量请求的同时，尽量少的产生这种一次性对象。

最有效的方法就是，优化你的代码中处理请求的业务逻辑，尽量少的创建一次性对象，特别是占用内存较大的对象。比如说，我们可以把收到请求的 Request 对象在业务流程中一直传递下去，而不是每执行一个步骤，就创建一个内容和 Request 对象差不多的新对象。

对于需要频繁使用，占用内存较大的一次性对象，我们可以考虑自行回收并重用这些对象。实现的方法是这样的：我们可以为这些对象建立一个对象池。收到请求后，在对象池内申请一个对象，使用完后再放回到对象池中，这样就可以反复地重用这些对象，非常有效地避免频繁触发垃圾回收。

如果可能的话，使用更大内存的服务器，也可以非常有效地缓解这个问题。

从根本上来解决这个问题，办法只有一个，那就是绕开自动垃圾回收机制，自己来实现内存管理，但很麻烦还会带来很多问题。

 

内存管理：如何避免内存溢出和频繁的垃圾回收？——李玥

来源：CSDN

作者：码天码地

链接：https://blog.csdn.net/u013140345/article/details/104302521