一、垃圾回收之标记算法

 1. 引用计数法

• 通过判断对象的引用数量来决定对象是否被回收
• 每个对象实例都有一个引用计数器，被引用则+1，完成引用则-1

  优点： 执行效率高，程序执行受影响小

  缺点： 无法检测出循环引用的情况，导致内存泄漏

  应用较少

 2. 可达性分析算法

  通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收。

  将程序中所有的引用链视为一张图，从一系列的GC Root 出发，无法到达的节点则标记为可回收。如下图所示：

  可以作为GC Root的对象：

• 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的局部变量表）
• 方法区中的常量引用的对象
• 方法区中的类静态属性引用的对象
• 本地方法栈中JNI的引用对象
• 活跃线程的引用对象

 二、垃圾回收之回收算法

1. 标记清除算法

• 标记：从根集合进行扫描，对存活对象进行标记
• 清除：对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达对象内存

  缺点：碎片化严重

2. 复制算法

  将管理的内存块分为多个块区，在其中一部分块区中创建对象分配内存（我们称之为对象面）。当对象面内存用完时，将存活的对象复制到没有使用的那些块区（称之为空闲面），再将对象面的所有对象内存清除。适用于对象存活率较低的场景，比如新生代。

• 解决了碎片化问题
• 顺序分配内存，简单高效
• 适用于对象存活率低的场景

3. 标记整理算法

  1） 标记： 从根集合进行扫描，对存活对象进行标记

  2）整理：移动所有存活的对象，且按照内存地址次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收

特点：

• 避免了内存的不连续性
• 不用设置两块内存互换
• 适用于存活率高的场景，例如 老年代

4. 分代收集算法

  分代整理算法可以看作是复制算法和标记整理算法的结合。将内存区域划分为年轻代和老年代，自然就有各自的回收方法。内存分区示意如下：

  GC的分类：

• Minor GC：年轻代的垃圾收集，采用复制算法。执行较为频繁，尽可能快速地回收生命周期短的对象。
• Full GC/ Major GC： 老年代回收，一般情况下同时也会触发Minor GC

4.1 年轻代

  年轻代划分为 Eden区和两个servivor区。新创建的对象 内存首选分配在Eden区，当Eden区分配不下时，可能会分配在Survivor区或直接分配在老年代。

  当Eden区内存用完，需要回收时，使用复制算法，将Eden区和servivor的from区一起复制到servivor-to区（两个servivor区没有区别，哪个有对象分配就是from，空的就是to）。如此循环往复，对象每存活一次，年龄就加1。默认年龄为15岁，复制到老年代，可以通过 -XX：MaxTenuringThreshold 参数修改。

  对象如何晋升到老年代：

• 经历一定Minor次数依然存活的对象，默认15次。
• Servivor区存放不下的对象
• 新生成的大对象 （可通过  -XX: PretenuerSizeThreshold参数配置大小，超过及分配至老年代）

  常用的调优参数：

• -XX：SurvivorRatio:   Eden和Survivor的比值，默认8：1
• -XX：NewRatio:     老年代和新生代内存比例，默认2：1
• -XX：MaxTenuringThreshold：    新生代进入老年代的年龄值， 默认15
• -XX:  PretenuerSizeThreshold： 多大的对象直接分配在老年代
• -Xms：初始化堆内存大小
• -Xmx：最大堆内存大小
• -Xss：每个线程栈空间大小

4.2 老年代

  老年代： 存放生命周期较长的对象。回收采用 标记-清除 或标记-整理算法，一般也会触发Minor GC，所以我们称其为 Full GC。

  Full GC比MinorGC慢，执行效率低。 执行频率也低。

  触发Full GC的条件：

• 老年代空间不足
• CMS GC时 出现promotion failed， concurrent mode failure
• Minor GC 晋升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空间
• 调用 System.gc()，通知JVM回收，但JVM不一定会执行

三、常见的垃圾回收器 

 1. 年轻代垃圾回收器

  Serial收集器（-XX:UseSerialGC, 复制算法）

• 单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程
• 简单高效，Client模式下默认的年轻代收集器

  ParNew收集器（-XX:UseParNewGC, 复制算法）

• 多线程收集，其余的行为特点和Serial收集器一样
• 单核执行效率不如Serial，在多核下执行才有优势 

  Parallel Scavenge收集器 （-XX:UseParallelGC， 复制算法）

• 比起关注用户线程停顿时间，更关注系统的吞吐量（这里吞吐量是指  运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)）
• 在多核下执行有优势，Server模式下默认的年轻代收集器

 2.老年代垃圾回收器

  Serial Old收集器（-XX：UseSerialOldGC, 标记-整理算法）

• 单线程收集，进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程
• 简单高效，Client模式下默认的老年代收集器

  Parallel Old收集器（-XX：UseParallelOldGC，标记-整理算法）

• 多线程， 吞吐量优先

  CMS收集器（-XX：UseConcMarkSweepGC, 标记清除算法）

  CMS全称 Concurrent Mark Sweep，是一款并发的、使用标记-清除算法的垃圾回收器，以牺牲吞吐量为代价来获得最短回收停顿时间的垃圾回收器，对于要求服务器响应速度的应用上，这种垃圾回收器非常适合。

  回收流程：

• 初始标记：在这个阶段，需要虚拟机停顿正在执行的任务，官方的叫法STW(Stop The Word)。这个过程从垃圾回收的”根对象”开始，只扫描到能够和”根对象”直接关联的对象，并作标记。所以这个过程虽然暂停了整个JVM，但是很快就完成了。
• 并发标记：这个阶段紧随初始标记阶段，在初始标记的基础上继续向下追溯标记。并发标记阶段，应用程序的线程和并发标记的线程并发执行，所以用户不会感受到停顿。
• 并发预清理：并发预清理阶段仍然是并发的。在这个阶段，虚拟机查找在执行并发标记阶段新进入老年代的对象(可能会有一些对象从新生代晋升到老年代， 或者有一些对象被分配到老年代)。通过重新扫描，减少下一个阶段”重新标记”的工作，因为下一个阶段会Stop The World。
• 重新标记：这个阶段会stop the world，收集器线程扫描在CMS堆中剩余的对象。扫描从”根对象”开始向下追溯，并处理对象关联。
• 并发清理：清理垃圾对象，收集器线程和应用程序线程并发执行
• 并发重置：这个阶段，重置CMS收集器的数据结构，等待下一次垃圾回收。

  CMS不会整理、压缩堆空间，这样就带来一个问题：经过CMS收集的堆会产生空间碎片，CMS不对堆空间整理压缩节约了垃圾回收的停顿时间，但也带来的堆空间的浪费。为了解决堆空间浪费问题，CMS回收器不再采用简单的指针指向一块可用堆空 间来为下次对象分配使用。；而是把一些未分配的空间汇总成一个列表，当JVM分配对象空间的时候，会搜索这个列表找到足够大的空间来hold住这个对象。

  3. G1 收集器（-XX: UseG1GC, 复制+ 标记整理算法，独立的垃圾回收器包含新生代、老年代）

  G1(Garbage-First)是一款面向服务端应用的垃圾收集器,主要针对配备多核CPU及大容量内存的机器,以极高概率满足GC停顿时间的同时,还兼具高吞吐量的性能特征。JDK 9以后的默认垃圾收集器,取代了CMS 回收器。

 4. GC关系图：连线代表可以搭配使用

四、Java引用类型

 1. 强引用（Strong Reference）

• 最普遍的引用： Object obj = new Object()
• 抛出OutOfMemoryError终止程序也不会回收具有强引用的对象

 2. 软引用 （Soft Reference）

• 对象处在有用但非必须的状态
• 只有当空间不足时，GC会回收该引用的对象的内存
• 可以用来实现高速缓存

  使用方法： 

String str = new String("abc");
SoftReference<String> softRef = new SoftReference<String>(str);

 3.弱引用（Weak Reference）

• 非必须的对象，比软引用更弱一些
• GC时会被回收
• 适用于偶尔被使用且不影响垃圾收集的对象

  使用方法：

String str = new String("abc");
WeakReference<String> weakRef = new WeakReference<String>(str);

 4.虚引用 （PhantomReference）

• 不会决定对象的生命周期
• 任何时候都可能被垃圾收集器回收
• 跟踪对象被垃圾收集器回收的活动，起哨兵作用
• 必须和引用队列ReferenceQueue联合使用 

String str = new String("abc");
ReferenceQueue rq = new ReferenceQueue();
PhantomReference ref = new PhantomReference(str, queue);

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