一、概述

說到垃圾回收，我們必須要知道什么是垃圾？為什么要回收？

1. 什么是垃圾：垃圾是在程序運(yùn)行中沒有任何指針指向的對象，這個對象就是需要被回收的垃圾。
2. 為什么要回收：在JVM中如果不及時對垃圾進(jìn)行回收，那么這些垃圾所占的內(nèi)存空間會一直保留到程序結(jié)束，這部分內(nèi)存空間無法被其他對象使用，當(dāng)內(nèi)存占滿的時候就會導(dǎo)致內(nèi)存溢出。

在Java中垃圾回收分為兩個步驟：找到垃圾和回收垃圾。

在找到垃圾的過程中，稱為標(biāo)記階段，其中有兩種算法：引用計數(shù)法，可達(dá)性分析法。
在回收垃圾的過程中，稱為清除階段，對應(yīng)的算法有：標(biāo)記-清除算法，復(fù)制算法，標(biāo)記-整理算法，分代收集算法。

二、引用計數(shù)法

1. 原理

對每個對象保存一個整型的引用計數(shù)器屬性，每當(dāng)有一個地方引用它時，計數(shù)器+1，當(dāng)引用失效時，計數(shù)器-1，當(dāng)計數(shù)器為0時，說明這個對象不再使用，此時被判定為垃圾。

2. 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單，判斷效率高。
3. 缺點(diǎn)：無法處理循環(huán)引用的情況，這是一個致命的缺點(diǎn)，多以Java的垃圾回收器沒有使用這種算法。

循環(huán)引用：
舉一個很簡單的例子：鏈表，鏈表中有一個Next屬性，Next引用的時下一個對象，
A->B->C->D->E->A這種結(jié)構(gòu)。此時將A置空，那么BCDE的引用計數(shù)器還為1，這時就會導(dǎo)致BCDE永遠(yuǎn)無法回收。

三、可達(dá)性分析算法

1. 原理

以根對象集合(GC Roots)為起始點(diǎn)，按照從上到下的方式搜索被根對象集合所鏈接的目標(biāo)對象是否可達(dá)。
搜索的過程中的路徑稱為引用鏈。
如果對象沒有與任何引用鏈相連，則是不可達(dá)的，就意味著這個對象已經(jīng)死亡。

可達(dá)性分析.jpg

可作為GC Roots的有：

1. 虛擬機(jī)棧中引用的對象。
2. 本地方法棧內(nèi)JNI引用的對象。
3. 方法去區(qū)靜態(tài)屬性引用的對象。
4. 方法區(qū)中常量引用的對象。

在經(jīng)過可達(dá)性分析之后，僅僅進(jìn)行了第一次標(biāo)記，接下來還有第二次標(biāo)記。

1. 如果對象沒有重寫finalize()方法，則虛擬機(jī)視為沒有必要執(zhí)行，對象被判定不可達(dá)。
2. 如果對象重寫了finalize()方法，且還未執(zhí)行過，則對象會被插入到F-Queue隊列中，由虛擬機(jī)中一個低優(yōu)先級的Finalizer線程觸發(fā)finalize()方法執(zhí)行。
3. 在finalize()執(zhí)行的過程中，GC會對F-Queue中的對象進(jìn)行第二次標(biāo)記，如果此對象與引用鏈上的任何一個對象建立了聯(lián)系，那么該對象就會被移出"即將回收"集合，此對象將不會被回收，如果再次出現(xiàn)沒有引用鏈的情況下，finalize()方法不會再調(diào)用，對象直接變成不可達(dá)，就是說finalize()方法只會執(zhí)行一次。
   
   

四、標(biāo)記-清除算法

1. 原理

當(dāng)堆中的有效內(nèi)存空間被耗盡時，就會停止整個程序(Stop The World)，然后進(jìn)行兩項(xiàng)工作，標(biāo)記和清除。

標(biāo)記：GC從引用根節(jié)點(diǎn)開始遍歷，標(biāo)記所有被引用的對象。
清除：遍歷完成后，如果有對象沒有被標(biāo)記為可達(dá)對象，則將其清除。

這里的清除并不是真正的清除，而是把需要清除的對象地址保存在空閑列表，當(dāng)有新的對象需要插入時，判斷垃圾的位置空間是否足夠，如果夠，則插入。就相當(dāng)于覆蓋。

標(biāo)記-清除.jpg

2. 優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)簡單。
3. 缺點(diǎn)：效率不高，清理之后的內(nèi)存空間不連續(xù)，產(chǎn)生內(nèi)存碎片。需要維護(hù)一個空閑列表。

五、復(fù)制算法

1. 原理

將內(nèi)存空間分為兩塊，每次只使用其中一塊，在垃圾回收時將正在使用中的存活對象復(fù)制到未使用的內(nèi)存塊中，然后清除正在使用的內(nèi)存塊的所有對象。最終完成垃圾回收。

復(fù)制算法.jpg

2. 優(yōu)點(diǎn)：沒有標(biāo)記和清除過程，實(shí)現(xiàn)簡單，運(yùn)行高效。復(fù)制后保證了空間連續(xù)性，不會出現(xiàn)碎片問題。
3. 缺點(diǎn)：需要兩倍的空間或者說犧牲一倍的內(nèi)存空間。還要維護(hù)對象的引用關(guān)系，不管是內(nèi)存還是時間開銷都不小。

如果系統(tǒng)中存活對象非常多，復(fù)制算法則需要復(fù)制更多的對象，反而優(yōu)點(diǎn)變成缺點(diǎn)，所以復(fù)制算法可以用在數(shù)據(jù)比較小的內(nèi)存中，比如堆中的新生代。

六、標(biāo)記-整理算法

1. 原理

標(biāo)記整理算法分為三個步驟，標(biāo)記，整理，刪除，它比標(biāo)記-刪除算法多了一步：整理。
標(biāo)記：從根節(jié)點(diǎn)開始標(biāo)記所有被引用的對象。
整理：將所有存活的對象都向一段移動。
刪除：清除邊界外所有的空間。

標(biāo)記-整理.jpg

2. 優(yōu)點(diǎn)：
   1. 解決了標(biāo)記-清除算法的空間不連續(xù)的缺點(diǎn)。
   2. 解決了復(fù)制算法的內(nèi)存減半的代價。
3. 缺點(diǎn)：
   1. 效率低于復(fù)制算法
   2. 移動對象的同時，還需要調(diào)整對象的引用。
      
      

七、三種清除算法對比

八、分代收集算法

上面總結(jié)了三種回收算法的優(yōu)缺點(diǎn)，每種算法都有利有弊，比如復(fù)制算法，雖然它是最快的，但是它會浪費(fèi)一半的空間，所以根據(jù)這些優(yōu)缺點(diǎn)，衍生出了分代收集算法。

在JVM堆中，分為新生代和老年代，所以分代收集算法就是針對他們的特點(diǎn)使用最適合的回收算法。

新生代：區(qū)域相對較小，對象生命周期短，存活率低，回收頻繁。自帶Eden和兩個Survivor區(qū)，適用復(fù)制算法。

老年代：區(qū)域較大，對象生命周期長，存活率高，回收頻率低。因此適用標(biāo)記-清除或標(biāo)記-整理算法。