深入解析Java GC机制：内存管理与算法剖析-优快云博客

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当对象被创建时，就会在Java虚拟机的堆区中拥有一块内存，在Java虚拟机的生命周期中，Java程序会陆续创建无数个对象，假如所有的对象都永久占有内存，那么内存有可能很快被消耗光，最后引发内存空间不足的错误。因此必须采用一种措施来及时回收那些无用对象的内存，以保存内存可以被重复利用。

java GC 机制，是Java与C++/C的主要区别之一，作为Java开发者，一般不需要专门编写内存回收和垃圾清理代码，堆内存泄露和溢出的问题。

1.需要GC的内存区域

jvm中，程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈都是随线程而生随线程而灭，栈帧随着方法的进入和退出做入栈和出栈操作，实现了自动的内存清理。因此，我们的内存垃圾回收主要集中于Java堆和方法区中，在程序运行期间，这部分内存的分配和使用都是动态的。

2. 判断GC对象是否存活

判断一个对象是否存活常用的有两种方法：引用计数和可达分析

2.1 引用计数：

每个对象都有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加一，引用释放时计数减一，计数为0时可以回收。此方法简单，无法解决对象相互循环引用的问题。

2.2可达性分析：

从GC Roots开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链。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，不可达对象。

在java语言中，GC Roots包括：

虚拟机栈中引用的对象
方法区中类静态属性实体引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方栈中引用的对象

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通过可达性分析可以对需要回收的对象进行标记，那么标记的对象是否一定会回收呢？

3.标记死亡对象

要真正宣告一个对象的死亡，至少要经历两次标记的过程：

3.1 第一次标记

在可达性分析后发现到GC Roots没有任何引用链相连时，被第一次标记。并且判断此对象是否必要执行finalize()方法。

如果对象没有覆盖finalize()方法或者finalize()已经被jvm调用过，则这个对象就会认为是垃圾，可以回收。
对于覆盖了finalize()方法，且finalize()方法没有被jvm调用过时，对象进入一个队列中，等待着被触发调用finalize()方法

3.2 第二次标记

执行完第一次的标记后，GC将对队列中的对象进行第二次小规模标记。也就是执行对象的finalize()方法

如果对象在其finalize()方法中重新与引用链上任何一个对象建立联系，第二次标记时会将其移除“即将回收”的集合。
如果对象没有，也可以认为对象已死，可以回收。

4. 什么时候触发GC

系统调用System.gc()时可以触发
系统自身来决定GC触发的时机

5.GC分类

GC又分为minor GC 和 Full GC（也称为Major GC）

6. GC常用算法

GC收集过程中用过的算法有：

标记-清除算法
标记-压缩算法
复制算法
分代收集算法

6.1 标记-清除算法

6.1.1 标记

GC通过遍历内存区辨别那些内存在使用，那些内容没有使用，并做好标记。

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引用的对象以蓝色显示。未引用的对象以金色显示。在标记阶段扫描所有的对象以进行此确定。如果必须扫描系统中的所有对象，这可能时一个非常耗时的过程。

6.1.2 清除

清除阶段移除掉垃圾对象，并且用一个链表维护空闲的区域。

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内存分配器持有空间内存区的引用，以便分配给新的对象。

6.1.3优缺点

优点：

每个活着的对象的引用只需要找到即可，找到一个就可以判断其为活的
不移动对象的位置

缺点：

效率比较低，每个活着的对象都要在标记阶段遍历一遍
所有的对象都要在清除阶段扫描一遍，因此算法复杂度较高
没有移动对象，导致可能踹下你很多碎片化空间无法利用的情况

6.2 标记-压缩算法

标记-压缩算法时标记-清除算法的一个改进版。在标记阶段，该算法也将所有的对象标记为活着和死亡两种状态；不同的是，在第二个阶段，该算法并没有直接对死亡的对象进行清除，而是将所有存活的对象进行整理一下，放到同一区域的另一处空间，然后把剩下的所有对象全部清除。这样就达到了标记-整理的目的。

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通过一起移动引用的对象，这使得新的内存分配更容易和更快。

优点：该算法不会像标记-清除算法那样产生大量的碎片空间
缺点：如果存活的对象过多，整理阶段将会执行较多的复制操作，导致算法效率较低

6.3 复制算法

复制算法与标记-整理算法的区别在于：该算法不是在同一个区域复制，而是将所有存活的对象复制到另一个区域内。

该算法将内存平均分成两个部分，然后每次只使用其中的一部分，当这部分内存满的时候，将内存中所有存活的对象复制到另一个内存中，然后将之前的内存清空，只使用这部分内存，循环下去。

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优点：实现简单，不产生内存碎片
缺点：每次运行，总有一半内存是空的，导致可使用的内存空间只有原来的一半

6.4 分代收集算法

6.4.1 标记和压缩算法存在的问题

标记和压缩算法对于Java虚拟机而言会比较耗时。当java虚拟机分配了越来越多的对象后，GC所花费的时间将会更长。然而根据经验分析，绝大多数对象存在的时间都比较短。这样我们可以把存活时间长的对象和存活时间短的对象隔离开，这样GC会更加高效。

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现在的虚拟机垃圾收集大多采用分代收集算法，它根据对象的生存周期，将堆分为新生代和老年代。

6.4.2分代收集算法思想

在新生代中，由于对象生存期较短，每次回收都会有大量对象死去，那么这时候就可以采用复制算法。
老年代里的对象存活率较高，没有额外的空间进行分配担保，所以可以采用标记-清除或者标记-压缩的算法。

6.4.3 分代收集过程

1.新生代（Young）分为Eden区，From区与To区
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2.几乎任何新的对象都会在eden空间中分配内存，两个survior空间中一开始是空的

3.随着对象的不断创建，eden区空间逐渐被填满。
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4.当eden区满了，那么就会触发一次Minor GC，也就是新生代的垃圾回收，所采用的就是复制算法。

5.下一次minor GC发生时，eden空间的存活对象也将被复制到空闲你的survior空间（s1，年龄加一），另外在前一次minor GC s0空间的存活对象也会被复制到s1（年龄加一），垃圾对象会被清除。
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6. 下一次minor GC发生时，还是重复第四条的内容，只是两个survivor空间对调了，这次是从s1复制到s0空间。

7.随着minor gc不断发生，幸存对象在两个幸存区不断交换储存，年龄也在不断递增。当幸存对象的年龄达到指定的阈值后，他们将被移动到老年代。
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8. 当年老代的内存被填满的时候，将会触发将触发Major GC（Full GC）进行老年代的内存清理。Major GC在老年代用的是标记清除算法。同时新生代的对象将被清除。