Java開發(fā)有個(gè)很基礎(chǔ)的問題，雖然我們平時(shí)接觸的不多，但是了解它卻成為Java開發(fā)的必備基礎(chǔ)——這就是JVM。
在Java中JVM內(nèi)置了垃圾回收的機(jī)制，以守護(hù)進(jìn)程的形式在后臺(tái)自動(dòng)回收垃圾，它讓開發(fā)者無(wú)需關(guān)注空間的創(chuàng)建和釋放，幫助開發(fā)者承擔(dān)對(duì)象的創(chuàng)建和釋放的工作，極大的減輕了開發(fā)的負(fù)擔(dān)。那是不是我們就不需要了解JVM了，顯然在做一些優(yōu)化或者深入研究應(yīng)用性能的時(shí)候，JVM還是起了很關(guān)鍵的作用的。因此本篇就總結(jié)性的描述下垃圾回收相關(guān)的知識(shí)。

哪些內(nèi)存需要回收

回收區(qū)域主要集中在java堆和方法區(qū)。
程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧3個(gè)區(qū)域隨線程而生，隨線程而滅；棧中的棧幀隨著方法的進(jìn)入和退出而有條不紊地執(zhí)行著出棧和入棧操作。每一個(gè)棧幀中分配多少內(nèi)存基本上是在類結(jié)構(gòu)確定下來(lái)時(shí)就已知的，因此這幾個(gè)區(qū)域的內(nèi)存分配和回收都具備確定性，所以不需要考慮回收，而Java堆和方法區(qū)則不一樣，一個(gè)接口中的多個(gè)實(shí)現(xiàn)類需要的內(nèi)存可能不一樣，一個(gè)方法中的多個(gè)分支需要的內(nèi)存也可能不一樣，我們只有在程序處于運(yùn)行期間時(shí)才能知道會(huì)創(chuàng)建哪些對(duì)象，這部分內(nèi)存的分配和回收都是動(dòng)態(tài)的，垃圾收集器所關(guān)注的是這部分內(nèi)存。

什么時(shí)候回收

• 對(duì)象沒有引用
• 作用域發(fā)生未捕獲異常
• 程序在作用域正常執(zhí)行完畢
• 程序執(zhí)行了System.exit()
• 程序發(fā)生意外終止（被殺進(jìn)程等）

如何回收

所謂“垃圾”，就是指所有不再存活的對(duì)象。常見的判斷是否存活有兩種方法：引用計(jì)數(shù)法和可達(dá)性分析。

• 引用計(jì)數(shù)法
  為每一個(gè)創(chuàng)建的對(duì)象分配一個(gè)引用計(jì)數(shù)器，用來(lái)存儲(chǔ)該對(duì)象被引用的個(gè)數(shù)。當(dāng)該個(gè)數(shù)為零，意味著沒有人再使用這個(gè)對(duì)象，可以認(rèn)為“對(duì)象死亡”。但是，這種方案存在嚴(yán)重的問題，就是無(wú)法檢測(cè)“循環(huán)引用”：當(dāng)兩個(gè)對(duì)象互相引用，即時(shí)它倆都不被外界任何東西引用，它倆的計(jì)數(shù)都不為零，因此永遠(yuǎn)不會(huì)被回收。而實(shí)際上對(duì)于開發(fā)者而言，這兩個(gè)對(duì)象已經(jīng)完全沒有用處了。
  因此，Java 里沒有采用這樣的方案來(lái)判定對(duì)象的“存活性”。

• 可達(dá)性分析
  這種方案是目前主流語(yǔ)言里采用的對(duì)象存活性判斷方案?；舅悸肥前阉幸玫膶?duì)象想象成一棵樹，從樹的根結(jié)點(diǎn) GC Roots 出發(fā)，持續(xù)遍歷找出所有連接的樹枝對(duì)象，這些對(duì)象則被稱為“可達(dá)”對(duì)象，或稱“存活”對(duì)象。其余的對(duì)象則被視為“死亡”的“不可達(dá)”對(duì)象，或稱“垃圾”。
  參考下圖，object5,object6 和 object7 便是不可達(dá)對(duì)象，視為“死亡狀態(tài)”，應(yīng)該被垃圾回收器回收。
  

  可達(dá)性分析

  可作為GC root的對(duì)象
  我們可以猜測(cè)，GC Roots 本身一定是可達(dá)的，這樣從它們出發(fā)遍歷到的對(duì)象才能保證一定可達(dá)。那么，Java 里有哪些對(duì)象是一定可達(dá)呢？主要有以下四種：

  • 虛擬機(jī)棧（幀棧中的本地變量表）中引用的對(duì)象。
  • 方法區(qū)中靜態(tài)屬性引用的對(duì)象。
  • 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象。
  • 本地方法棧中 JNI 引用的對(duì)象。
    這里只要知道有這么幾種類型的 GC Roots，每次垃圾回收器會(huì)從這些根結(jié)點(diǎn)開始遍歷尋找所有可達(dá)節(jié)點(diǎn)。

垃圾回收算法

上面已經(jīng)知道，所有 GC Roots不可達(dá)的對(duì)象都稱為垃圾，參考下圖，黑色的表示垃圾，灰色表示存活對(duì)象，綠色表示空白空間。

image

那么，我們?nèi)绾蝸?lái)回收這些垃圾呢？

• Mark-Sweep標(biāo)記-清除算法
  第一步，所謂“標(biāo)記”就是利用可達(dá)性遍歷堆內(nèi)存，把“存活”對(duì)象和“垃圾”對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，得到的結(jié)果如上圖；
  第二步，既然“垃圾”已經(jīng)標(biāo)記好了，那我們?cè)俦闅v一遍，把所有“垃圾”對(duì)象所占的空間直接清空即可。結(jié)果如下：
  

  Mark-Sweep標(biāo)記-清除算法
  
  這便是“標(biāo)記－清理”方案，簡(jiǎn)單方便 ，但是容易產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

• Mark-Compact標(biāo)記-整理算法
  既然上面的方法會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，那好，我在清理的時(shí)候，把所有 存活 對(duì)象扎堆到同一個(gè)地方，讓它們待在一起，這樣就沒有內(nèi)存碎片了。
  結(jié)果如下：
  

  Mark-Compact標(biāo)記-整理算法
  
  這兩種方案適合存活對(duì)象多，垃圾少的情況，它只需要清理掉少量的垃圾，然后挪動(dòng)下存活對(duì)象就可以了。

• Copying復(fù)制算法
  這種方法比較粗暴，直接把堆內(nèi)存分成兩部分，一段時(shí)間內(nèi)只允許在其中一塊內(nèi)存上進(jìn)行分配，當(dāng)這塊內(nèi)存被分配完后，則執(zhí)行垃圾回收，把所有存活對(duì)象全部復(fù)制到另一塊內(nèi)存上，當(dāng)前內(nèi)存則直接全部清空。
  參考下圖：
  

  Copying復(fù)制算法
  
  起初時(shí)只使用上面部分的內(nèi)存，直到內(nèi)存使用完畢，才進(jìn)行垃圾回收，把所有存活對(duì)象搬到下半部分，并把上半部分進(jìn)行清空。
  這種做法不容易產(chǎn)生碎片，也簡(jiǎn)單粗暴；但是，它意味著你在一段時(shí)間內(nèi)只能使用一部分的內(nèi)存，超過這部分內(nèi)存的話就意味著堆內(nèi)存里頻繁的 復(fù)制清空。
  這種方案適合 存活對(duì)象少，垃圾多 的情況，這樣在復(fù)制時(shí)就不需要復(fù)制多少對(duì)象過去，多數(shù)垃圾直接被清空處理。

• Generational Collection 分代收集
  最后的這種方法是前面幾種的合體，即目前JVM主要采取的一種方法，思想就是把JVM分成不同的區(qū)域。每種區(qū)域使用不同的垃圾回收方法。

  分代收集

  上面可以看到堆分成三個(gè)區(qū)域：
  新生代(Young Generation)：用于存放新創(chuàng)建的對(duì)象，采用復(fù)制回收方法，如果在s0和s1之間復(fù)制一定次數(shù)后，轉(zhuǎn)移到年老代中。這里的垃圾回收叫做minor GC;
  年老代(Old Generation)：這些對(duì)象垃圾回收的頻率較低，采用的標(biāo)記整理方法，這里的垃圾回收叫做major GC。
  永久代(Permanent Generation)：存放Java本身的一些數(shù)據(jù)，當(dāng)類不再使用時(shí)，也會(huì)被回收。

  這里可以詳細(xì)的說一下新生代復(fù)制回收的算法流程：
  在新生代中，分為三個(gè)區(qū)：Eden, from survivor, to survior。

  • 當(dāng)觸發(fā)minor GC時(shí)，會(huì)先把Eden中存活的對(duì)象復(fù)制到to Survivor中；
  • 然后再看from survivor，如果次數(shù)達(dá)到年老代的標(biāo)準(zhǔn)，就復(fù)制到年老代中；如果沒有達(dá)到則復(fù)制到to - survivor中，如果to survivor滿了，則復(fù)制到年老代中。
  • 然后調(diào)換from survivor 和 to survivor的名字，保證每次to survivor都是空的等待對(duì)象復(fù)制到那里的。

垃圾回收器

HotSpot 虛擬機(jī)的垃圾收集器

• 串行收集器 Serial
  這種收集器就是以單線程的方式收集，垃圾回收的時(shí)候其他線程也不能工作。
  

  串行收集器 Serial

• 并行收集器 Parallel
  以多線程的方式進(jìn)行收集
  

  并行收集器 Parallel

• 并發(fā)標(biāo)記清除收集器 Concurrent Mark Sweep Collector, CMS
  大致的流程為：初始標(biāo)記--并發(fā)標(biāo)記--重新標(biāo)記--并發(fā)清除
  

  并發(fā)標(biāo)記清除收集器 Concurrent Mark Sweep Collector, CMS

• G1收集器 Garbage First Collector
  大致的流程為：初始標(biāo)記--并發(fā)標(biāo)記--最終標(biāo)記--篩選回收
  

  G1收集器 Garbage First Collector

GC什么時(shí)候觸發(fā)

由于對(duì)象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時(shí)間也不一樣。GC有兩種類型：Scavenge GC和Full GC。

• Scavenge GC
  一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就會(huì)觸發(fā)Scavenge GC，對(duì)Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。這種方式的GC是對(duì)年輕代的Eden區(qū)進(jìn)行，不會(huì)影響到年老代。因?yàn)榇蟛糠謱?duì)象都是從Eden區(qū)開始的，同時(shí)Eden區(qū)不會(huì)分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會(huì)頻繁進(jìn)行。因而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能盡快空閑出來(lái)。

• Full GC
  對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因?yàn)樾枰獙?duì)整個(gè)堆進(jìn)行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC的次數(shù)。在對(duì)JVM調(diào)優(yōu)的過程中，很大一部分工作就是對(duì)于Full GC的調(diào)節(jié)。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：

  • 年老代（Tenured）被寫滿
  • 持久代（Perm）被寫滿
  • System.gc()被顯示調(diào)用
  • 上一次GC之后Heap的各域分配策略動(dòng)態(tài)變化

參考鏈接：
http://www.importnew.com/26821.html
https://www.cnblogs.com/xing901022/p/7725961.html
https://www.cnblogs.com/1024Community/p/honery.html
https://blog.csdn.net/sinat_33087001/article/details/77030118