GC，即就是Java垃圾回收机制。目前主流的JVM（HotSpot）采用的是分代收集算法。与C++不同的是，Java采用的是类似于树形结构的可达性分析法来判断对象是否还存在引用。即：从gcroot开始，把所有可以搜索得到的对象标记为存活对象。

GC机制

要准确理解Java的垃圾回收机制，就要从：“什么时候”，“对什么东西”，“做了什么”三个方面来具体分析。

第一：“什么时候”即就是GC触发的条件。GC触发的条件有两种。（1）程序调用System.gc时可以触发(会建议JVM进行垃圾回收，不代表一定会进行GC)；（2）系统自身来决定GC触发的时机。

系统判断GC触发的依据：根据Eden区和From Space区的内存大小来决定。当内存大小不足时，则会启动GC线程并停止应用线程。

第二：“对什么东西”笼统的认为是Java对象并没有错。但是准确来讲，GC操作的对象分为：通过可达性分析法无法搜索到的对象和可以搜索到的对象。对于搜索不到的方法进行标记。

第三：“做了什么”最浅显的理解为释放对象。但是从GC的底层机制可以看出，对于可以搜索到的对象进行复制操作，对于搜索不到的对象，调用finalize()方法进行释放。

具体过程：当GC线程启动时，会通过可达性分析法把Eden区和From Space区的存活对象复制到To Space区，然后把Eden Space和From Space区的对象释放掉。当GC轮训扫描To Space区一定次数后，把依然存活的对象复制到老年代，然后释放To Space区的对象。

对于用可达性分析法搜索不到的对象，GC并不一定会回收该对象。要完全回收一个对象，至少需要经过两次标记的过程。

第一次标记：对于一个没有其他引用的对象，筛选该对象是否有必要执行finalize()方法，如果没有执行必要，则意味可直接回收。（筛选依据：是否复写或执行过finalize()方法；因为finalize方法只能被执行一次）。

第二次标记：如果被筛选判定位有必要执行，则会放入FQueue队列，并自动创建一个低优先级的finalize线程来执行释放操作。如果在一个对象释放前被其他对象引用，则该对象会被移除FQueue队列。

GC过程中用到的回收算法：

通过上面的GC过程不难看出，Java堆中的年轻代和老年代采用了不同的回收算法。年轻代采用了复制法；而老年代采用了标记-整理法

具体各种回收算法的详解参考：http://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3783345.html

JVM内存空间图解



 

程序计数器：线程私有。是一块较小的内存，是当前线程所执行的字节码的行号指示器。是Java虚拟机规范中唯一没有规定OOM（OutOfMemoryError）的区域。

Java栈：线程私有。生命周期和线程相同。是Java方法执行的内存模型。执行每个方法都会创建一个栈帧，用于存储局部变量和操作数（对象引用）。局部变量所需要的内存空间大小在编译期间完成分配。所以栈帧的大小不会改变。存在两种异常情况：若线程请求深度大于栈的深度，抛StackOverflowError。若栈在动态扩展时无法请求足够内存，抛OOM。

Java堆：所有线程共享。虚拟机启动时创建。存放对象实力和数组。所占内存最大。分为新生代（Young区），老年代（Old区）。新生代分Eden区，Survivor区。Survivor区又分为From space区和To Space区。Eden区和Survivor区的内存比为8:1。 当扩展内存大于可用内存，抛OOM。

方法区：所有线程共享。用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等数据。又称为非堆（Non – Heap）。方法区又称“永久代”。GC很少在这个区域进行，但不代表不会回收。这个区域回收目标主要是针对常量池的回收和对类型的卸载。当内存申请大于实际可用内存，抛OOM。

本地方法栈：线程私有。与Java栈类似，但是不是为Java方法（字节码）服务，而是为本地非Java方法服务。也会抛StackOverflowError和OOM。

 

 Minor GC ，Full GC 触发条件

Minor GC触发条件：当Eden区满时，触发Minor GC。

Full GC触发条件：

（1）调用System.gc时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行

（2）老年代空间不足

（3）方法去空间不足

（4）通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存

（5）由Eden区、From Space区向To Space区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小

注：本文为整理汇总，而非原创，所涉及的原文已找不到，如有发现还请告知 ^v^

Yarn ResourceManager GC overhead limit exceeded
问题
FATAL yarn.YarnUncaughtExceptionHandler (YarnUncaughtExceptionHandler.java:uncaughtException(51)) - Thread Thread[Timer for 'ResourceManager' metrics system,5,main] threw an Error.  Shutting down now...
java.lang.OutOfMemoryError: GC overhead limit exceeded
        at java.util.ArrayList.iterator(ArrayList.java:840)
        at org.apache.hadoop.metrics2.source.JvmMetrics.getGcUsage(JvmMetrics.java:134)
        at org.apache.hadoop.metrics2.source.JvmMetrics.getMetrics(JvmMetrics.java:103)
        at org.apache.hadoop.metrics2.impl.MetricsSourceAdapter.getMetrics(MetricsSourceAdapter.java:199)
        at org.apache.hadoop.metrics2.impl.MetricsSystemImpl.snapshotMetrics(MetricsSystemImpl.java:420)
        at org.apache.hadoop.metrics2.impl.MetricsSystemImpl.sampleMetrics(MetricsSystemImpl.java:407)
        at org.apache.hadoop.metrics2.impl.MetricsSystemImpl.onTimerEvent(MetricsSystemImpl.java:382)
        at org.apache.hadoop.metrics2.impl.MetricsSystemImpl$4.run(MetricsSystemImpl.java:369)
        at java.util.TimerThread.mainLoop(Timer.java:555)
        at java.util.TimerThread.run(Timer.java:505)


解决办法
最简单有效的修改ResourceManager Java heap size 增加即可
分析（网上一大堆但是解决方法都不行，这里copy一个分析不较好的）
1.最先想到的是由于内存泄漏导致，因此到集群上取Dump文件，最开始使用的是命令（jmap
-dump:live,format=b,file=dump.hprof 22439）获取dump文件的，但是导致的一个结果就是把ResourceManager搞挂了，后来才知道是因为探索环境的yarn使用的是G1垃圾回收机制，对于G1垃圾回收机制，使用上面的方式可能会将进程搞挂掉，改成下面的命方式即可成功的获取dump文件：jmap-J-d64 -dump:live,format=b,file=yarn-22439.dump 22439  。
2.通过对dump文件的内存泄漏检测分析，发现
在类AsyncDispatcher中的一个属性（BlockingQueue eventQueue）的对象占用了大量的内存，因此怀疑是该对象发生了内存泄漏。

通过类AsyncDispatcher的源码，发现其内部类GenericEventHandler会在处理消息的时候将上面怀疑是内存泄漏的对象eventQueue的size打印出来，因此决定查看线上yarn的日志，看此队列的长度

下图是列出的队列的长度，可明显可以看出该队列的尺寸达到了上千万，这肯定是有问题的。而正常的大集群的日志中队列的长度只有几千，很明显该对象是有问题的。
4.再通过内存分析工具发现，上述有异常的队列中存放的都是ContainerFinishedEvent和ContainerCreatedEvent对象，因此去查看该对象是在哪被创建和消费的。


通过对源码进行分析定位到ContainerFinishedEvent事件是在类SystemMetricsPublisher中被消费掉的，该类是将ContainerFinishedEvent封装成TimelineEntity实体之后通过Http的post方式发送给yarn的TimelineServer进程。


综上分析，目前的主要原因是由于消费者（也就是往TimelineServer发送Event事件数据）发送数据的能力不够，导致消息队列中缓存的大量的消息，随着时间的推移，消息数据不断增多，从而导致yarn内存不够用，从而需要重启。


原文地址

问题引用自： https://www.zhihu.com/question/437493648/answer/1656737915，答案为个人原创

MinorGC 一般指清理 Young space (Eden and Survivor spaces)  的 GC。例如 G1GC 还有 ShenandoahGC 中的 YoungGC. 触发一般是：

Allocation Failure： 分配对象失败，空间不足. 内存分配流程，涉及到了 bump-the-pointer， TLAB，Allocation Prematch 这些机制， 请参考
Survivor 区满了，需要拷贝

不同的 GC 还会有自己个性化的触发机制，例如 G1GC 还有Shenandoah GC 的 TLAB 分配失败剩余空间大于最大浪费空间直接在Eden分配也失败，ZGC 的预热触发等等。
MajorGC 一般指清理 Tenured space 的 GC。例如 G1GC 还有 ShenandoahGC 中的 OldGC. 一般由 MinorGC 触发，并且回收的空间依然不足，则可能触发 MajorGC。还有一些特殊的机制，例如 G1GC 的Homongous Allocation（大对象分配），在分配超过 RegionSize 一半大小的对象时，会触发 OldGC。

FullGC 一般指清理 所有 space 的 GC。触发时机一般是：

System.gc()被调用并且没有指定关闭显示GC，就是没有指定-XX:+DisableExplicitGC这个JVM flag
老年代也满了
堆外内存满了（JVM内存结构请参考：谁能给我详细讲解一下JVM的详细内存？），例如metaspace，代码即时编译缓存，直接内存，mmap内存
gc 担保失败，请参考：-XX:-HandlePromotionFailure

一般的，我们现在不会去太关心到底是哪种 GC，而是主要关心哪些 GC STW 的时间长，导致所有线程停止工作的时间长，关于为何会 STW 以及所有出发 STW 的 JVM机制以及如何优化，请参考我的另一篇文章： JVM相关 - SafePoint 与 Stop The World 全解
想模拟 GC 的各种情况，可以通过 WhiteBox API，参考：JVM 相关 - 深入 JVM 的钥匙 WhiteBox API
关于如何通过日志查看 GC 详情，请参考：OpenJDK 11 JVM日志相关参数解析与使用
关于如何通过 JFR 快速可视化定位 GC 问题，请参考：

JFR全解
通过JFR与日志深入探索JVM

日前查看某个程序的日志，发现一直在报GC相关的信息，不确定这样的信息是代表正确还是不正确，所以正好借此机会再复习下GC相关的内容：

以其中一行为例来解读下日志信息：

[GC (Allocation Failure) [ParNew: 367523K->1293K(410432K), 0.0023988 secs] 522739K->156516K(1322496K), 0.0025301 secs] [Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.01 secs]

 

GC：

表明进行了一次垃圾回收，前面没有Full修饰，表明这是一次Minor GC ,注意它不表示只GC新生代，并且现有的不管是新生代还是老年代都会STW。

Allocation Failure：

表明本次引起GC的原因是因为在年轻代中没有足够的空间能够存储新的数据了。

ParNew：

    表明本次GC发生在年轻代并且使用的是ParNew垃圾收集器。ParNew是一个Serial收集器的多线程版本，会使用多个CPU和线程完成垃圾收集工作（默认使用的线程数和CPU数相同，可以使用-XX：ParallelGCThreads参数限制）。该收集器采用复制算法回收内存，期间会停止其他工作线程，即Stop The World。

367523K->1293K(410432K)：单位是KB

三个参数分别为：GC前该内存区域(这里是年轻代)使用容量，GC后该内存区域使用容量，该内存区域总容量。

0.0023988 secs：

    该内存区域GC耗时，单位是秒

522739K->156516K(1322496K)：

三个参数分别为：堆区垃圾回收前的大小，堆区垃圾回收后的大小，堆区总大小。

0.0025301 secs：

该内存区域GC耗时，单位是秒

[Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.01 secs]：

    分别表示用户态耗时，内核态耗时和总耗时

 

分析下可以得出结论：

    该次GC新生代减少了367523-1293=366239K

    Heap区总共减少了522739-156516=366223K

    366239 – 366223 =16K，说明该次共有16K内存从年轻代移到了老年代，可以看出来数量并不多，说明都是生命周期短的对象，只是这种对象有很多。

    我们需要的是尽量避免Full GC的发生，让对象尽可能的在年轻代就回收掉，所以这里可以稍微增加一点年轻代的大小，让那17K的数据也保存在年轻代中。

 

GC时，用什么方法判断哪些对象是需要回收：

引用计数法(已经不用了)
	
可达性分析法
前一种简而言之就是给对象添加一个引用计数器，有其他地方引用时这个计数器+1，引用失效时-1，为0时就可以删除掉了。但是它不能解决循环引用的问题，所以一般使用的都是后一种算法。

可达性分析法的基本思路就是通过一系列名为GC Roots的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的，那就可以回收掉了。



GC Roots一般都是些堆外指向堆内的引用，例如：

JVM栈中引用的对象
	
方法区中静态属性引用的对象
	
方法区中常量引用的对象
	
本地方法栈中引用的对象 
 

 

以CMS为例，补充一些知识点介绍：

复制算法介绍：

因为新生代对象生命周期一般很短，现在一般将该内存区域划分为三块部分，一块大的叫Eden,两块小的叫Survivor。他们之间的比例一般为8:1:1。

使用的时候只使用Eden + 一块Survivor。用Eden区用满时会进行一次minor gc，将存活下面的对象复制到另外一块Survivor上。如果另一块Survivor放不下(对应虚拟机参数为 XX:TargetSurvivorRatio，默认50，即50%)，对象直接进入老年代。

（使用CMS时，默认的新生代收集器是ParNew）(有时新生代GC时，需要找到老年代中引用的新生代对象，这个时候会用到一种叫“卡表”的技术，避免老年代的全表扫描，具体怎么操作的暂时还不知道……)

 

Survivor区的意义：

    如果没有survivor,Eden每进行一次minor gc，存活的对象就会进入老年代，老年代很快被填满就会进入major gc。由于老年代空间一般很大，所以进行一次gc耗时要长的多！尤其是频繁进行full GC，对程序的响应和连接都会有影响！

    Survivor存在就是减少被送到老年代的对象，进而减少Full gc的发生。默认设置是经历了15次minor gc还在新生代中存活的对象才会被送到老年代。

 

为什么要有两个Survivor：

    主要是为了解决内存碎片化和效率问题。如果只有一个Survivor时，每触发一次minor gc都会有数据从Eden放到Survivor，一直这样循环下去。注意的是，Survivor区也会进行垃圾回收，这样就会出现内存碎片化问题。如下图所示：

 

    碎片化会导致堆中可能没有足够大的连续空间存放一个大对象，影响程序性能。如果有两块Survivor就能将剩余对象集中到其中一块Survivor上，避免碎片问题。如下图所示：



 

Minor GC和Full GC的区别以及触发条件：

Minor GC:

    对于复制算法来说，当年轻代Eden区域满的时候会触发一次Minor GC，将Eden和From Survivor的对象复制到另外一块To Survivor上。

    注意：如果某个对象存活的时间超过一定Minor gc次数会直接进入老年代，不在分配到To Survivor上(默认15次，对应虚拟机参数 -XX:+MaxTenuringThreshold)。

 

Full GC:

用于清理整个堆空间。它的触发条件主要有以下几种：

显式调用System.gc方法(建议JVM触发)。
	
方法区空间不足(JDK8及之后不会有这种情况了，详见下文)
	
老年代空间不足，引起Full GC。这种情况比较复杂，有以下几种：
3.1 大对象直接进入老年代引起，由-XX:PretenureSizeThreshold参数定义

3.2 Minor GC时，经历过多次Minor GC仍存在的对象进入老年代。上面提过，由-XX:MaxTenuringThreashold参数定义

3.3 Minor GC时，动态对象年龄判定机制会将对象提前转移老年代。年龄从小到大进行累加，当加入某个年龄段后，累加和超过survivor区域 * -XX:TargetSurvivorRatio的时候，从这个年龄段往上的年龄的对象进入老年代

3.4 Minor GC时，Eden和From Space区向To Space区复制时，大于To Space区可用内存，会直接把对象转移到老年代

 

JVM的空间分配担保机制可能会触发Full GC：

在进行Minor GC之前，JVM的空间担保分配机制可能会触发3.2、3.3和3.4发生，即触发一次Full GC。

空间担保分配是指在发生Minor GC之前，虚拟机会检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间。

如果大于，则此次Minor GC是安全的。

如果小于，则虚拟机会查看HandlePromotionFailure设置值是否允许担保失败。如果HandlePromotionFailure=true，那么会继续检查老年代最大可用连续空间是否大于历次晋升到老年代的对象的平均大小，如果大于，则尝试进行一次Minor GC，但这次Minor GC依然是有风险的，失败后会重新发起一次Full gc；如果小于或者HandlePromotionFailure=false，则改为直接进行一次Full GC。

所有才会说一次Full GC很有可能是由一次Minor GC触发的。

 

PS:JDK8中HotSpot为什么要取消永久代

    JDK8取消了永久代，新增了一个叫元空间(Metaspace)的区域，对应的还是JVM规范中的方法区(主要存放一些class和元数据的信息)。区别在于元空间使用的并不是JVM中的内存，而是使用本地内存。

    而这么做的原因大致有以下几点：

       1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。

　　2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。

　　3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。

　　4、Oracle 可能会将HotSpot 与 JRockit 合二为一。

 

补充下JDK8内存模型图：



 

 

 

 

参考：

 

https://blog.csdn.net/antony9118/article/details/51425581(两个Survivor的意义)

https://zhidao.baidu.com/question/1111800566588999699.html(Full GC什么时候触发)

https://blog.csdn.net/l1394049664/article/details/81486470#%E4%BA%94%E3%80%81java8%E5%86%85%E5%AD%98%E6%A8%A1%E5%9E%8B%E5%9B%BE(JDK8内存模型图)

https://blog.csdn.net/quinnnorris/article/details/75040538(可达性分析算法解析)

https://segmentfault.com/a/1190000007726689(卡表是什么)