哪些內(nèi)存需要回收
由于程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧的生命周期都跟隨線程的生命周期，當(dāng)線程銷毀了，內(nèi)存也就回收了，所以這幾個(gè)區(qū)域不用過(guò)多地考慮內(nèi)存回收。由于堆和方法區(qū)的內(nèi)存都是動(dòng)態(tài)分配的，而且是線程共享的，所以內(nèi)存回收主要關(guān)注這部分區(qū)域。
如何判斷對(duì)象是否存活
引用計(jì)數(shù)法
給對(duì)象添加一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，每當(dāng)有一個(gè)地方引用它時(shí)，計(jì)數(shù)器值就加1，如果引用失效，計(jì)數(shù)器值減1，所以當(dāng)該計(jì)數(shù)器的值為0時(shí)，就表示該對(duì)象可以被回收了。但是存在兩個(gè)對(duì)象之間相互循環(huán)引用的問(wèn)題。
可達(dá)性分析算法
通過(guò)一系列的稱為“GC Roots”的對(duì)象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個(gè)對(duì)象到“GC Roots”沒(méi)有任何引用鏈相連的話，也就是GC Roots到這個(gè)對(duì)象不可達(dá)時(shí)，證明此對(duì)象已經(jīng)不可用，可以被回收了。
二次標(biāo)記
在可達(dá)性分析算法中被判斷是對(duì)象不可達(dá)時(shí)不一定會(huì)被垃圾回收機(jī)制回收，因?yàn)橐嬲嬉粋€(gè)對(duì)象的死亡，必須經(jīng)歷兩次標(biāo)記的過(guò)程。如果發(fā)現(xiàn)對(duì)象不可達(dá)時(shí)，將會(huì)進(jìn)行第一次標(biāo)記，此時(shí)如果該對(duì)象調(diào)用了finalize()方法，那么這個(gè)對(duì)象會(huì)被放置在一個(gè)叫F-Queue的隊(duì)列之中，如果在此隊(duì)列中該對(duì)象沒(méi)有成功拯救自己（拯救自己的方法是該對(duì)象有沒(méi)有被重新引用），那么GC就會(huì)對(duì)F-Queue隊(duì)列中的對(duì)象進(jìn)行小規(guī)模的第二次標(biāo)記，一旦被第二次標(biāo)記的對(duì)象，將會(huì)被移除隊(duì)列并等待被GC回收，所以finalize()方法是對(duì)象逃脫死亡命運(yùn)的最后一次機(jī)會(huì)。
垃圾回收算法
標(biāo)記—清除算法
首先標(biāo)記出需要回收的對(duì)象，在標(biāo)記完成后進(jìn)行統(tǒng)一的回收（標(biāo)記即二次標(biāo)記的過(guò)程）。此算法有兩個(gè)不足：一是效率問(wèn)題，標(biāo)記和清除兩個(gè)過(guò)程效率都不高；二是空間問(wèn)題，標(biāo)記清除后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，內(nèi)存空間碎片太多的話會(huì)導(dǎo)致以后程序在運(yùn)行中想要分配較大對(duì)象的時(shí)候，無(wú)法找到一塊連續(xù)的內(nèi)存空間而導(dǎo)致不得不進(jìn)行又一次的GC回收（后續(xù)的垃圾回收算法都是基于此算法進(jìn)行改進(jìn)的）。
復(fù)制算法
把內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊區(qū)域，每次只使用其中的一塊，當(dāng)這一塊的內(nèi)存空間用完了，就把還存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊內(nèi)存中去，然后把已經(jīng)使用的過(guò)的內(nèi)存空間一次性清理掉。這樣每次都是對(duì)半個(gè)內(nèi)存區(qū)域進(jìn)行GC回收，并不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，但是代價(jià)是把內(nèi)存縮小了一半，效率比較低。
標(biāo)記—整理算法
標(biāo)記算法一樣，區(qū)別是清除的時(shí)候會(huì)把所有存活的對(duì)象向一端移動(dòng)（向上和向左），然后清除掉端邊界以外的內(nèi)存。
分代收集算法
根據(jù)對(duì)象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊（新生代或老生代），然后根據(jù)每個(gè)年代的特點(diǎn)采用最合適的收集算法。比如在新生代中，每次都有大量對(duì)象死去，就選擇復(fù)制算法；而在老生代中對(duì)象的生存率高，沒(méi)有額外的空間為它進(jìn)行分配擔(dān)保，所以采用標(biāo)記—清除算法或者標(biāo)記—整理算法來(lái)進(jìn)行回收。
垃圾回收器
CMS收集器
CMS收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的垃圾收集器，是基于“標(biāo)記——清除”算法實(shí)現(xiàn)的，其回收過(guò)程主要分為四個(gè)步驟：
（1）初始標(biāo)記：標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快；
（2）并發(fā)標(biāo)記：進(jìn)行GC Roots Tracing的過(guò)程，也就是標(biāo)記不可達(dá)的對(duì)象，相對(duì)耗時(shí)；
（3）重新標(biāo)記：修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作導(dǎo)致的標(biāo)記變動(dòng)，速度比較快；
（4）并發(fā)清除：對(duì)標(biāo)記的對(duì)象進(jìn)行統(tǒng)一回收處理，比較耗時(shí)；由于初始標(biāo)記和重新標(biāo)記速度比較快，其它工作線程停頓的時(shí)間幾乎可以忽略不計(jì)，所以CMS的內(nèi)存回收過(guò)程是與用戶線程一起并發(fā)執(zhí)行的。
初始標(biāo)記和重新標(biāo)記兩個(gè)步驟需要Stop the world；并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除兩個(gè)步驟可與用戶線程并發(fā)執(zhí)行。??
“Stop the world”意思是垃圾收集器在進(jìn)行垃圾回收時(shí)，會(huì)暫停其它所有工作線程，直到垃圾收集結(jié)束為止。
CMS的缺點(diǎn)
（1）對(duì)CPU資源非常敏感；也就是說(shuō)當(dāng)CMS開啟垃圾收集線程進(jìn)行垃圾回收時(shí)，會(huì)占用部分用戶線程，如果在CPU資源緊張的情況下，會(huì)導(dǎo)致用戶程序的工作效率下降。
（2）無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾導(dǎo)致又一次FULL GC的產(chǎn)生；由于CMS并發(fā)回收垃圾時(shí)用戶線程同時(shí)也在運(yùn)行，伴隨用戶線程的運(yùn)行自然會(huì)有新的垃圾產(chǎn)生，這部分垃圾出現(xiàn)在標(biāo)記過(guò)程之后，CMS無(wú)法在當(dāng)次收集過(guò)程中進(jìn)行回收，只能在下一次GC時(shí)在進(jìn)行清除。所以在CMS運(yùn)行期間要確保內(nèi)存中有足夠的預(yù)留空間用來(lái)存放用戶線程的產(chǎn)生的浮動(dòng)垃圾，不允許像其它收集器一樣等到老年代區(qū)完全填滿了之后再進(jìn)行收集；那么當(dāng)內(nèi)存預(yù)留的空間不足時(shí)就會(huì)產(chǎn)生又一次的FULL GC來(lái)釋放內(nèi)存空間，由于是通過(guò)Serial Old收集器進(jìn)行老年代的垃圾收集，所以導(dǎo)致停頓的時(shí)間變長(zhǎng)了（系統(tǒng)有一個(gè)閾值來(lái)觸發(fā)CMS收集器的啟動(dòng)，這個(gè)閾值不允許太高，太高反而導(dǎo)致性能降低）。
（3）標(biāo)記——清除算法會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片；如果產(chǎn)生過(guò)多的內(nèi)存碎片時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)虛擬機(jī)想要再分配大對(duì)象時(shí)，會(huì)找不到一塊足夠大的連續(xù)內(nèi)存空間進(jìn)行存儲(chǔ)，不得不又一次觸發(fā)FULL GC。
G1收集器
G1收集器是一款成熟的商用的垃圾收集器，是基于“標(biāo)記——整理”算法實(shí)現(xiàn)的，其回收過(guò)程主要分為四個(gè)步驟：
（1）初始標(biāo)記：標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快；
（2）并發(fā)標(biāo)記：進(jìn)行GC Roots Tracing的過(guò)程，也就是標(biāo)記不可達(dá)的對(duì)象，相對(duì)耗時(shí)?；
（3）最終標(biāo)記：修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作導(dǎo)致的標(biāo)記變動(dòng)，速度比較快；
（4）篩選回收：首先對(duì)各個(gè)Region的回收價(jià)值和成本進(jìn)行排序，根據(jù)用戶所期望的GC停頓時(shí)間來(lái)制定回收計(jì)劃；
G1收集器的特點(diǎn)
（1）并發(fā)與并行：機(jī)型垃圾收集時(shí)可以與用戶線程并發(fā)運(yùn)行；
（2）分代收集：能根據(jù)對(duì)象的存活時(shí)間采取不同的收集算法進(jìn)行垃圾回收；
（3）不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片：基于標(biāo)記——整理算法和復(fù)制算法保證不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存空間碎片；
（4）可預(yù)測(cè)的停頓：G1除了追求低停頓時(shí)間外，還能建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型，便于用戶的實(shí)時(shí)監(jiān)控；
CMS收集器與G1收集器的區(qū)別
（1）CMS采用標(biāo)記——清除算法會(huì)產(chǎn)生空間碎片，G1采用標(biāo)記——整理算法不會(huì)產(chǎn)生空間碎片；
（2）G1可以建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型，而CMS則不能；
內(nèi)存分配策略
新生代：新生代包含一個(gè)Eden區(qū)和兩個(gè)Survivor區(qū)。大多數(shù)情況下，新創(chuàng)建的對(duì)象會(huì)在新生代Eden區(qū)中分配，當(dāng)Eden區(qū)沒(méi)有足夠的空間進(jìn)行分配時(shí)，虛擬機(jī)會(huì)觸發(fā)一次Minor GC，如果Survivor區(qū)空間允許的話，該對(duì)象將被分配到Survivor。
老年代：大對(duì)象直接在老年代中分配，大對(duì)象指需要大量連續(xù)內(nèi)存空間的Java對(duì)象。
分代收集如何判定對(duì)象的年齡？
虛擬機(jī)給每個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)對(duì)象年齡計(jì)數(shù)器，如果對(duì)象在Eden區(qū)出生并經(jīng)過(guò)第一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容納的話，將被移動(dòng)到Survivor空間，并且對(duì)象年齡設(shè)置為1,。對(duì)象在Survivor區(qū)中每熬過(guò)一次Minor GC，年齡就增加1歲，當(dāng)對(duì)象的年齡增加到一定程度（默認(rèn)為15歲），就會(huì)被晉升到老年代中。
為什么新生代中要有Survivor區(qū)？
防止頻繁觸發(fā)FULL GC。如果沒(méi)有Survivor，Eden區(qū)每進(jìn)行一次Minor GC，存活的對(duì)象就會(huì)被送到老年代，這樣會(huì)使老年代很快被填滿，導(dǎo)致老年代觸發(fā)FULL GC，由于老年代的內(nèi)存空間遠(yuǎn)大于新生代，所以進(jìn)行一次Full GC消耗的時(shí)間比Minor GC長(zhǎng)得多。
為什么要設(shè)置兩個(gè)Survivor區(qū)？
防止產(chǎn)生內(nèi)存空間碎片。如果只有Survivor1，那么每一次當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)，觸發(fā)Minor GC并把對(duì)象移入Survivor1中，如此循環(huán)對(duì)導(dǎo)致Survivor1中產(chǎn)生大量的空間碎片；所以需要有Survivor2，當(dāng)Eden再一次滿時(shí)，觸發(fā)Minor GC，虛擬機(jī)會(huì)把 Eden中和Survivor1中的存活對(duì)象通過(guò)復(fù)制算法移入Survivor2中，這樣Survivor2就不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，同時(shí)Eden和Survivor1會(huì)清理內(nèi)存，保證下一次Minor GC觸發(fā)時(shí)的操作。
Minor GC和Full GC的區(qū)別？
（1）新生代GC（Minor GC）：指發(fā)生在新生代的垃圾收集動(dòng)作，因?yàn)镴ava對(duì)象大多數(shù)都具備朝生夕滅的特性，所以Minor GC非常頻繁，一般回收速度比較快。
（2）老年代GC（Full GC）：指發(fā)生在老年代的垃圾收集動(dòng)作，速度非常慢，所以要盡量減少Full GC的發(fā)生。
引用類型
強(qiáng)引用：指向使用new關(guān)鍵字創(chuàng)建的對(duì)象的引用都是強(qiáng)引用，只要該對(duì)象的強(qiáng)引用還在，該對(duì)象永遠(yuǎn)都不會(huì)被GC回收；
軟引用：當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)，就會(huì)被回收；
弱引用：只要發(fā)生GC，就會(huì)被回收；
虛引用：隨時(shí)都會(huì)被回收；
參考
《深入理解Java虛擬機(jī)》第2版 第3章 垃圾收集器與內(nèi)存分配策略
