JVM 垃圾收集器与内存分配策略

GC机制，是Java与C/C++的主要区别之一，Java开发者一般不需要单独处理内存的回收，GC会负责内存的释放。

Java运行时区域中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈随线程的生命周期而结束；栈中的栈帧随方法的进入和退出执行入栈和出栈操作。每个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来时就已知的，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性。当方法或线程结束是，内存自然就能跟着回收了。Java堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，只要在程序处于运行期间时才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存。

对象是否可被回收

对象是否能被回收的依据是不可能再被任何途径使用的对象。判断对象是否不被使用的方法通常有 引用计数算法 、可达性分析算法

引用计数算法

该算法通常是给对象中添加一个引用计算器，每当有一个地方引用该对象时，计数器就会+1，引用失效，计数器就会-1，如果计数器值为0，对象就不会被再使用，就可以回收该对象。但该算法很难解决对象之间相互循环引用的问题。

可达性分析算法

在主流的商用程序语言中(java ,C#)的主流实现中，都是称通过可达性分析(Reachability Analysis) 来判定对象是否存活的。
基本思想：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，则证明此对象是不可用的。

GC Roots对象

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括以下几种：

• 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象
• 方法区中类静态属性引用的对象
• 方法区中常亮引用的对象
• 本地方法栈中JNI(即一般说的Native方法)引用的对象

引用

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)，这4种引用强度依次逐渐减弱。

• 强引用就是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，垃圾回收器永远不会回收掉被引用的对象

• 软引用是迎来描述一些还在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，才会抛出内存溢出的异常。

• 弱引用也是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器发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否充足，都会回收掉只被弱引用关联的对象。

• 虚引用也称为幽灵引用或幻影引用，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。

垃圾收集算法

标记-清除算法

首先标记处所有需要回收的对象，再标记完成后统一回收所有被标记的对象。
该算法存在主要不足有两个：

• 效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高
• 空间问题，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中运行过程中需要给较大对象分配内存时，无法找到足够的连续内存区域，而不得提前触发另一次垃圾收集动作。

复制算法

为了解决效率问题，“复制”的收集算法将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
一般是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性复制到另一块Survivor空间中，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。

标记-整理算法

标记过程仍然与”标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行整理，而是让所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

分代收集算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”算法，一般把Java堆分为新生代和老生代，这样就可以根据各个年代的特点采用最合适的收集算法

垃圾收集器

Serial收集器

Serial收集器是一个单线程的收集器，它在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。由于该收集器在工作的时候会暂停所有的线程，所以会导致用户界面暂停响应，但是该收集器的优点是简单而高效，对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。在用户的桌面应用场景中，分配给虚拟机管理的内存一般来说不会很大，收集几十兆甚至一两百兆的新生代(仅仅是新生代使用的内存，桌面应用基本上不会再大了)，停顿时间完全可以控制在几十毫秒最多一百毫秒内完成，只要不是频繁发生，这点停顿是可以接受的。所有，Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。

ParNew收集器

ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版，除了使用多条线程进行垃圾收集之外，其余行为包括Serial收集器可用的所有控制参数、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器相同。
Serial收集器是许多运行在Server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器，其中一个与性能无关的因素是，处理Serial收集器外，目前只有它能与CMS收集器配合工作。

Parallel Scavenge收集器

Serial Old收集器

CMS收集器

G1收集器