JVM的垃圾回收机制

一、什么是GC

Java GC（Garbage Collection，垃圾收集，垃圾回收）机制，是Java与C++/C的主要区别之一，在使用JAVA的时候，一般不需要专门编写内存回收和垃圾清理代码。这是因为在Java虚拟机中，存在自动内存管理和垃圾清扫机制。

由于电脑的内存大小的不变的，当我们使用对象的时候，如使用New关键字的时候，就会在内存中生产一个对象，但是我们在使用JAVA开发的时候，当一个对象使用完毕之后我们并没有手动的释放那个对象所占用的内存，就这样在使用程序的过程中，对象越来越多，当内存存放不了这么多对象的时候，电脑就会崩溃了，JAVA为了解决这个问题就推出了这个自动清除无用对象的功能，或者叫机制，这就是GC。可以让开发者安心写代码，不用管内存释放，对象清理的事情了。

GC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。

二、如何判断对象已死

1.可达性分析算法

通过一系列的称为“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（用图论的话来说，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。
被判定为不可达的对象要成为可回收对象必须至少经历两次标记过程，如果在这两次标记过程中仍然没有逃脱成为可回收对象的可能性，则基本上就真的成为可回收对象了，能否被回收其实主要还是要看finalize()方法有没有与引用链上的对象关联，如果在finalize()方法中有关联则自救成功，改对象不可被回收，反之如果没有关联则成功被二次标记成功，就可以称为要被回收的垃圾了。
Java、C#等语言都是使用可达性分析算法进行垃圾回收。

2.引用计数算法（Reference Counting）

给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。
引用计数算法的实现简单，判定效率也很高，在大部分情况下它都是一个不错的算法。但是它很难解决对象之间相互循环引用的问题。
Python、ActionScript等语言都是基于引用计数法。

三、Java引用类型

无论是通过引用计数算法判断对象的引用数量，还是通过可达性分析算法判断对象的引用链是否可达，判定对象是否存活都与“引用”有关。

Java将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。

1.强引用：

指在程序代码之中普遍存在的，类似“Object obj=new Object（）”这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

2.软引用：

用来描述一些还有用但并非必需的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。在JDK 1.2之后，提供了SoftReference类来实现软引用。

3.弱引用：

用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在JDK 1.2之后，提供了WeakReference类来实现弱引用。

4.虚引用：

也称为幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。

四、GC的内存划分

1.虚拟机栈

每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应一个栈帧在虚拟机栈中入栈和出栈的过程。

2.方法区（jdk1.7）/元空间（jdk1.8）

这个区域在GC中一般称为永久代（Permanent Generation）。

永久代的垃圾收集主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类。此区域进行垃圾收集的“性价比”一般比较低。

3.堆

Java堆是垃圾收集器管理的主要区域，因此很多时候也被称做“GC堆”（Garbage Collected Heap）。

从内存回收的角度来看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：

1.新生代（Young Generation）：又可以分为Eden空间、From Survivor空间、To Survivor空间。

2.老年代（Old Generation）。

五、GC回收垃圾的过程

1.新生代GC（Minor GC）：YGC，代表Young GC。

指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。

2.老年代GC（Major GC）：FGC，代表Full GC。

指发生在老年代的GC，出现了Major GC，这次GC会回收整个堆的内存，包括新生代，来年代，永久代，经常会伴随至少一次的Minor GC（但非绝对的，在Parallel Scavenge收集器的收集策略里就有直接进行Major GC的策略选择过程）。Major GC的速度一般会比Minor GC慢10倍以上。

GC回收的大致流程：
1、现在有一个新对象产生，那么对象一定需要内存空间，于是现在需要为该对象进行内存空间的申请。

2、首先会判断Eden区是否有内存空间，如果此时有充足内存空间，则直接将新对象保存到Eden区。

3、但是如果此时Eden区的内存空间不足，那么会自动执行Minor GC操作，将Eden区无用的内存空间进行清理。清理之后会继续判断Eden区空间是否充足？如果充足，则将新的对象直接在Eden区进行内存空间分配。

4、如果执行Minor GC之后Eden区空间依然不足，那么这个时候会进行Survivor区判断，如果Survivor区有剩余空间，则将Eden区的部分活跃对象保存在Survivor区，随后继续判断Eden区的内存空间是否充足，如果充足，则进行内存空间分配。

5、如果此时Survivor区也没有内存空间了，则继续判断老年区，如果此时老年区的空间充足，则将Survivor区中的活跃对象保存到老年区，而后Survivor区应付出现空余空间，随后Eden区将部分活跃对象保存地Survivor区中，最后在Eden区为新对象分配内存空间。

6、如果这个时候老年代内存空间也满了，那么这个时候将进行Major GC（Full GC）。然后再将Survivor区中的活跃对象保存到老年区，从而腾出空间，然后再将Eden区的部分活跃对象保存到Survivor区，最后在Eden区为新对象分配内存空间。

7、如果老年代执行Full GC之后依然空间依然不足，产生OOM（OutOfMemoryError）异常。

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)。所以需要一个合适大小的永久代避免发生Full GC。

对象什么时候会进入老年代

1. 当Eden区满的时候，会触发第一次Minor gc，把还活着的对象拷贝到Survivor From区；当
   Eden区再次触发Minor gc的时候，会扫描Eden区和From区域，对两个区域进行垃圾回收，
   经过这次回收后还存活的对象，则直接复制到To区域，并将Eden和From区域清空。
2. 当后续Eden又发生Minor gc的时候，会对Eden和To区域进行垃圾回收，存活的对象复制到
   From区域，并将Eden和To区域清空。
3. 部分对象会在From和To区域中复制来复制去，如此交换15次(由JVM参数
   MaxTenuringThreshold决定，这个参数默认是15)，最终如果还是存活，就存入到老年代。
   4.如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该
   年龄的对象就可以直接进入老年代，无须等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄。

六、关于GC回收的算法

1.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，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。

标记-清除算法是最基础的清除算法，之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。

2.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。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。
缺点：内存使用率不高，只有原来的一半，对象存活率高时需要频繁的移动，降低了效率

3.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。
优点：解决了内存碎片的问题
缺点：需要让对象移动，在一定程度上降低了效率。

4.分代算法：
当前JVM垃圾收集都采用的是"分代收集(Generational Collection)"算法，这个算法并没有新思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。
一般是把Java堆分为新生代和老年代。
在新生代中，每次垃圾回收都有大批对象死去，只有少量存活，因此我们采用复制算法；
而老年代中对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用"标记-清理"或者"标记-整理"算法。