2021-2-26：为什么需要 System.gc() ？

JVM 默认启动参数中，DisableExplicitGC 为 false，ExplicitGCInvokesConcurrent 为 false，对于大多数 GC （除了 ZGC 的其他 GC，包括 CMS，G1，Shenandoah GC 等等），都是会进行 FullGC 的，并且都是同步 GC 的，其中底层的原理会在另一篇详细分析，我们先来搞清楚为什么要留这样一个接口呢？

1. 使用并管理堆外内存的框架，需要 Full GC 的机制触发堆外内存回收

JVM 的内存，不止堆内存，还有其他很多块，通过 Native Memory Tracking 可以看到：

Native Memory Tracking:

Total: reserved=6308603KB, committed=4822083KB
-                 Java Heap (reserved=4194304KB, committed=4194304KB)
                            (mmap: reserved=4194304KB, committed=4194304KB) 

-                     Class (reserved=1161041KB, committed=126673KB)
                            (classes #21662)
                            (  instance classes #20542, array classes #1120)
                            (malloc=3921KB #64030)
                            (mmap: reserved=1157120KB, committed=122752KB)
                            (  Metadata:   )
                            (    reserved=108544KB, committed=107520KB)
                            (    used=105411KB)
                            (    free=2109KB)
                            (    waste=0KB =0.00%)
                            (  Class space:)
                            (    reserved=1048576KB, committed=15232KB)
                            (    used=13918KB)
                            (    free=1314KB)
                            (    waste=0KB =0.00%)

-                    Thread (reserved=355251KB, committed=86023KB)
                            (thread #673)
                            (stack: reserved=353372KB, committed=84144KB)
                            (malloc=1090KB #4039)
                            (arena=789KB #1344)

-                      Code (reserved=252395KB, committed=69471KB)
                            (malloc=4707KB #17917)
                            (mmap: reserved=247688KB, committed=64764KB) 

-                        GC (reserved=199635KB, committed=199635KB)
                            (malloc=11079KB #29639)
                            (mmap: reserved=188556KB, committed=188556KB) 

-                  Compiler (reserved=2605KB, committed=2605KB)
                            (malloc=2474KB #2357)
                            (arena=131KB #5)

-                  Internal (reserved=3643KB, committed=3643KB)
                            (malloc=3611KB #8683)
                            (mmap: reserved=32KB, committed=32KB) 

-                     Other (reserved=67891KB, committed=67891KB)
                            (malloc=67891KB #2859) 

-                    Symbol (reserved=26220KB, committed=26220KB)
                            (malloc=22664KB #292684)
                            (arena=3556KB #1)

-    Native Memory Tracking (reserved=7616KB, committed=7616KB)
                            (malloc=585KB #8238)
                            (tracking overhead=7031KB)

-               Arena Chunk (reserved=10911KB, committed=10911KB)
                            (malloc=10911KB) 

-                   Tracing (reserved=25937KB, committed=25937KB)
                            (malloc=25937KB #8666) 

-                   Logging (reserved=5KB, committed=5KB)
                            (malloc=5KB #196) 

-                 Arguments (reserved=18KB, committed=18KB)
                            (malloc=18KB #486) 

-                    Module (reserved=532KB, committed=532KB)
                            (malloc=532KB #3579) 

-              Synchronizer (reserved=591KB, committed=591KB)
                            (malloc=591KB #4777) 

-                 Safepoint (reserved=8KB, committed=8KB)
                            (mmap: reserved=8KB, committed=8KB) 

• Java Heap: 堆内存，即-Xmx限制的最大堆大小的内存。
• Class：加载的类与方法信息，其实就是 metaspace，包含两部分： 一是 metadata，被-XX:MaxMetaspaceSize限制最大大小，另外是 class space，被-XX:CompressedClassSpaceSize限制最大大小
• Thread：线程与线程栈占用内存，每个线程栈占用大小受-Xss限制，但是总大小没有限制。
• Code：JIT 即时编译后（C1 C2 编译器优化）的代码占用内存，受 -XX:ReservedCodeCacheSize限制
• GC：垃圾回收占用内存，例如垃圾回收需要的 CardTable，标记数，区域划分记录，还有标记 GC Root 等等，都需要内存。这个不受限制，一般不会很大的。
• Compiler：C1 C2 编译器本身的代码和标记占用的内存，这个不受限制，一般不会很大的
• Internal：命令行解析，JVMTI 使用的内存，这个不受限制，一般不会很大的
• Symbol: 常量池占用的大小，字符串常量池受-XX:StringTableSize 个数限制，总内存大小不受限制
• Native Memory Tracking：内存采集本身占用的内存大小，如果没有打开采集（那就看不到这个了，哈哈），就不会占用，这个不受限制，一般不会很大的
• Arena Chunk：所有通过 arena 方式分配的内存，这个不受限制，一般不会很大的
• Tracing：所有采集占用的内存，如果开启了 JFR 则主要是 JFR 占用的内存。这个不受限制，一般不会很大的
• Logging，Arguments，Module，Synchronizer，Safepoint，Other，这些一般我们不会关心。

除了 Native Memory Tracking 记录的内存使用，还有两种内存 Native Memory Tracking 没有记录，那就是：

• Direct Buffer：直接内存
• MMap Buffer：文件映射内存

针对除了堆内存以外，其他的内存，有些也是需要 GC 的。例如：MetaSpace，CodeCache，Direct Buffer，MMap Buffer 等等。早期在 Java 8 之前的 JVM，对于这些内存回收的机制并不完善，很多情况下都需要 FullGC 扫描整个堆才能确定这些区域中哪些内存可以回收。

有一些框架，大量使用并管理了这些堆外空间。例如 netty 使用了 Direct Buffer，Kafka 和 RocketMQ 使用了 Direct Buffer 和 MMap Buffer。他们都是提前从系统申请好一块内存，之后管理起来并使用。在空间不足时，继续向系统申请，并且也会有缩容。例如 netty，在使用的 Direct Buffer 达到-XX:MaxDirectMemorySize的限制之后，则会先尝试将不可达的Reference对象加入Reference链表中，依赖Reference的内部守护线程触发可以被回收DirectByteBuffer关联的Cleaner的run()方法。如果内存还是不足， 则执行System.gc()，期望触发full gc，来回收堆内存中的DirectByteBuffer对象来触发堆外内存回收，如果还是超过限制，则抛出java.lang.OutOfMemoryError.

2. 使用了 WeakReference， SoftReference 的程序，需要相应的 GC 回收。

对于 WeakReference，只要发生 GC，无论是 Young GC 还是 FullGC 就会被回收。SoftReference 只有在 FullGC 的时候才会被回收。当我们程序想主动对于这些引用进行回收的时候，需要能触发 GC 的方法，这就用到了System.gc()。

3. 测试，学习 JVM 机制的时候

有些时候，我们为了测试，学习 JVM 的某些机制，需要让 JVM 做一次 GC 之后开始，这也会用到System.gc()。

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