????????垃圾回收（Garbage Collection, GC）誕生于1960年的Lisp語(yǔ)言。在Java虛擬機(jī)運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)中，虛擬機(jī)棧、操作數(shù)棧和程序計(jì)數(shù)器都是隨線程而生，隨線程而亡。當(dāng)方法或者線程結(jié)束時(shí)，這部分的內(nèi)存就自然回收。而堆和方法區(qū)這部分內(nèi)存的分配是動(dòng)態(tài)的，因此需要在程序運(yùn)行期間進(jìn)行動(dòng)態(tài)回收。
????????對(duì)于垃圾回收，主要關(guān)注兩點(diǎn)。第一，如何確定一個(gè)對(duì)象是否存活。第二，如何回收。
對(duì)于如何確定對(duì)象是否存活，目前有兩種方法：
1.程序計(jì)數(shù)器
????????給對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有引用指向這個(gè)對(duì)象，計(jì)數(shù)器就加1；當(dāng)引用失效時(shí)，計(jì)數(shù)器減1；任何時(shí)刻計(jì)數(shù)器為0的對(duì)象就是不可能再被使用的。雖然這種方法簡(jiǎn)單高效，但是有一個(gè)致命的弱點(diǎn)，它很難解決對(duì)象之間互相循環(huán)引用的問(wèn)題。
例子：
2.可達(dá)性分析
????????通過(guò)一系列稱為"GC Root"的對(duì)象作為起點(diǎn)，向下檢索，檢索的路徑稱為引用鏈。當(dāng)一個(gè)對(duì)象的GC Root對(duì)象沒有任何引用鏈時(shí)，則這個(gè)對(duì)象是不可用的。
GC Root可以是以下幾種。
????????1、虛擬機(jī)棧（棧幀中的局部變量表）中引用的對(duì)象。
????????2、方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對(duì)象。
????????3、方法區(qū)中常量引用的對(duì)象。
????????4、本地方法棧中JNI（常說(shuō)的Native方法）引用的對(duì)象。
????????可以想象一下，當(dāng)我們一直往房間里堆東西，很快的房間就放不下其他東西了，所有我們會(huì)經(jīng)常對(duì)房間進(jìn)行清理以保證有活動(dòng)的空間。對(duì)于堆來(lái)說(shuō)也是如此，需要定期的清理不需要的對(duì)象保證有足夠的空間可以存放新生成的對(duì)象。對(duì)此JVM提供了4種垃圾回收算法。
1.標(biāo)記清除
????????將可回收的對(duì)象做上標(biāo)記，最后統(tǒng)一回收被標(biāo)記的對(duì)象。這是最簡(jiǎn)單的垃圾回收算法，有2點(diǎn)不足的地方。 一是效率問(wèn)題，標(biāo)記和清除兩個(gè)過(guò)程效率都比較低。二是空間利用率的問(wèn)題，單單標(biāo)記和清除容易產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，這將會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存無(wú)法分配一整塊大的內(nèi)存而進(jìn)行一次垃圾回收。
2.復(fù)制算法
????????將可用內(nèi)存分為兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)這一塊內(nèi)存用完時(shí)，將存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊去，以此類推。這種回收算法簡(jiǎn)單高效，但是空間利用率很低，每次只能使用一半的內(nèi)存，確實(shí)是有點(diǎn)浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)IBM專門研究表明，新生代中98%的對(duì)象都是"朝生夕死"的，所以可以將新生代切割成一塊較大的Eden區(qū)和兩塊較小的Survivor區(qū)。每次使用一塊Eden區(qū)和一塊Survivor區(qū)，每次回收將生存的對(duì)象放到另一塊Survivor區(qū)，這樣每次就只浪費(fèi)10%的內(nèi)存空間。但生存下來(lái)的對(duì)象不可能每次都小于這10%的內(nèi)存，這時(shí)候就要求助于老年代來(lái)存放這部分對(duì)象。
3.標(biāo)記整理
????????這個(gè)算法相對(duì)于標(biāo)記清除算法稍微高級(jí)一點(diǎn)。它比標(biāo)記清除算法多了一步讓存活的對(duì)象向一邊移動(dòng)的過(guò)程，最后只清理邊界以外被標(biāo)記的對(duì)象。
4.分代收集
????????這個(gè)算法就相當(dāng)于以上幾個(gè)方法在不同堆區(qū)域中的綜合適用。因?yàn)樾律看位厥罩粫?huì)存活少量對(duì)象所以適用復(fù)制算法，而老年代中的對(duì)象通常生存周期長(zhǎng)而且對(duì)象占用的空間也比較大，沒有多余的空間對(duì)這些對(duì)象進(jìn)行空間擔(dān)保，因此多使用標(biāo)記算法。
????????垃圾回收發(fā)生在堆中，而堆內(nèi)存一般分為新生代，老年代和永久帶。再細(xì)致一點(diǎn)，新生代可以分為一個(gè)Eden區(qū)，F(xiàn)rom Survivor區(qū)和To Survivor區(qū)。被創(chuàng)建的對(duì)象優(yōu)先在Eden區(qū)分配，當(dāng)Eden區(qū)內(nèi)存不足時(shí)，觸發(fā)一次Minor GC。因?yàn)镴ava對(duì)象大多數(shù)生命周期較短，所以Eden區(qū)都使用復(fù)制算法來(lái)回收對(duì)象。當(dāng)需要大量的連續(xù)內(nèi)存來(lái)存放Java大對(duì)象時(shí)（長(zhǎng)字符串或數(shù)組），直接進(jìn)入老年代。虛擬機(jī)提供-XX:PretenureSizeThreshold參數(shù)設(shè)置，如果對(duì)象的空間需求大于該參數(shù)則直接進(jìn)入老年代。想起有部分生命力頑強(qiáng)的對(duì)象一直在Survivor區(qū)來(lái)來(lái)去去，經(jīng)歷了這么多次打拼，這些對(duì)象也應(yīng)該告老還鄉(xiāng)了。虛擬機(jī)為每一個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)年齡計(jì)數(shù)器，對(duì)象每經(jīng)過(guò)一次Minor GC，年齡計(jì)數(shù)器+1。當(dāng)年齡達(dá)到指定值時(shí)（默認(rèn)是15，可以通過(guò)-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置），對(duì)象就晉升到老年代。
????????在新生代對(duì)象晉升之前，虛擬機(jī)會(huì)先去檢查老年代最大可用的連續(xù)內(nèi)存是否大于晉升對(duì)象所需要的內(nèi)存空間大小，如果成立則這次的Minor GC是安全的。反之虛擬機(jī)會(huì)查看HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許擔(dān)保失敗。如果允許，那么會(huì)繼續(xù)檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于這次晉升對(duì)象的平均大小，如果大于則進(jìn)行一次Minor GC，如果小于或者HandlePromotionFailure設(shè)置不允許冒險(xiǎn)，這時(shí)就要進(jìn)行一個(gè)Full GC。
????????上面講了很多關(guān)于回收的算法，它只是垃圾回收的方法論。接下來(lái)講述垃圾回收關(guān)注的第二點(diǎn)，如何回收。垃圾回收其實(shí)主要是通過(guò)各種收集器來(lái)進(jìn)行的。
Serial收集器
????????串行收集器是最古老，最穩(wěn)定以及效率高的收集器。它是一個(gè)單線程收集器，單線程的意思是它工作的時(shí)候只能它一個(gè)線程在工作。好比他吃飯的時(shí)候別人必須只能看著他吃。新生代采用復(fù)制算法，老年代采用標(biāo)記整理算法，工作時(shí)暫停其他所有線程。
????????-XX:+UseSerialGC 串行收集器。
ParNew
????????它是Serial收集器的多線程版。新生代并行執(zhí)行，老年代并發(fā)執(zhí)行。
????????并行：多條垃圾收集線程并行工作，但用戶線程仍處于等待狀態(tài)。
????????并發(fā)：用戶線程和垃圾回收線程同時(shí)工作。
????????-XX:+UseParNewGC ParNew收集器。
????????-XX:ParallelGCThreads 限制線程數(shù)量。
Parallel Scavenge
????????Parallel Scavenge 與ParNew收集器類似，它更關(guān)注系統(tǒng)的吞吐量。它可以通過(guò)調(diào)節(jié)執(zhí)行GC自 適應(yīng)調(diào)節(jié)策略來(lái)達(dá)到最大吞吐量的目的。
????????-XX:+UseParallelGC 使用Parallel收集器+老年代串行。
CMS(Concurrent Mark Sweep)
????????它是一種以獲取最短回收停頓為目標(biāo)的收集器。常用于互聯(lián)網(wǎng)或B/S此類重視響應(yīng)速度的服務(wù)端。
????????CMS的清除過(guò)程相對(duì)于前面幾種更為復(fù)雜。
????????1.初始標(biāo)記 stop-the-world 僅標(biāo)記GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象。
????????2.并發(fā)標(biāo)記 stop-the-world 進(jìn)行GC Roots Tracing的過(guò)程 停頓時(shí)間長(zhǎng)。
????????3.重新標(biāo)記 修正并發(fā)標(biāo)記期因用戶程序繼續(xù)運(yùn)行導(dǎo)致標(biāo)記變動(dòng)的部分。
????????4.并發(fā)清除 與工作線程一起工作。
????????-XX:+UseConcMarkSweepGC?使用CMS收集器。
????????-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection?Full GC后，進(jìn)行一次碎片整理；整理過(guò)程是獨(dú)占的，會(huì)引起停頓時(shí)間變長(zhǎng)。
????????-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction?設(shè)置進(jìn)行幾次Full GC后，進(jìn)行一次碎片整理。
????????-XX:ParallelCMSThreads?設(shè)定CMS的線程數(shù)量（一般情況約等于可用CPU數(shù)量）。
????????優(yōu)點(diǎn)：并發(fā)收集，停頓時(shí)間短。
????????缺點(diǎn)：使用標(biāo)記清除算法產(chǎn)生大量不連續(xù)空間碎片，并發(fā)階段降低吞吐量。
G1
????????它是當(dāng)前垃圾收集器最前沿的成果之一，目標(biāo)是在未來(lái)能替換掉CMS收集器。
????????優(yōu)勢(shì)：
????????1.并發(fā)與并行 縮短stop-the-world停頓時(shí)間。
????????2.分代收集 獨(dú)立管理整個(gè)GC堆。
????????3.空間整理 采用標(biāo)記整理算法不會(huì)產(chǎn)生不連續(xù)空間碎片。
????????4.可預(yù)測(cè)停頓 在追求低停頓的同時(shí)還能建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型，使消耗在垃圾收集的時(shí)間上不超過(guò)N毫秒。
????????清除過(guò)程：
????????1.初始標(biāo)記 stop-the-world 觸發(fā)Minor GC。
????????2.根區(qū)域掃描 回收survivor區(qū)域，這過(guò)程必須在minor GC之前完成。
????????3.并發(fā)標(biāo)記 在整個(gè)堆中并發(fā)標(biāo)記，并計(jì)算每個(gè)區(qū)域中存活對(duì)象的比例。
????????4.再標(biāo)記 用于收集并發(fā)標(biāo)記階段產(chǎn)生的新垃圾。
????????5.復(fù)制清除 多線程清除對(duì)象，stop-the-world G1將回收區(qū)域的存活對(duì)象拷貝到新區(qū)域，清除Remember Sets，并發(fā)清空回收區(qū)并把它返回到空閑區(qū)域鏈表中。
