Java-GC 垃圾收集算法

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈随线程而生，随线程而灭。

栈帧随着方法的开始而入栈，随着方法的结束而出栈。

这几个区域的内存分配和回收都具有确定性，在这几个区域内不需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或者线程结束时，内存自然就跟随着回收了。

对于 Java 堆和方法区，只有在程序运行期间才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的正是这部分内存。

一、判定对象是否存活

若一个对象不被任何对象或变量引用，那么它就是无效对象，需要被回收。

可达性分析法（图论）

所有和 GC Roots 直接或间接关联的对象都是有效对象，和 GC Roots 没有关联的对象就是无效对象。

GC Roots 指：
Java 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
本地方法栈中引用的对象
方法区中常量引用的对象
方法区中类静态属性引用的对象

GC Roots 并不包括堆中对象所引用的对象，这样就不会有循环引用的问题。

二、引用的种类

不同的引用类型，主要体现的是对象不同的可达性状态和垃圾收集的影响。

// 强引用，永远不会回收被引用的对象，会产生内存泄漏
String str = "abc";

// 软引用，内存不足时被回收
SoftReference<String> sr = new SoftReference<>("abc");

// 弱引用，无论内存是否充足，都会被回收
WeakReference<String> wr = new WeakReference<>("abc");

// 虚引用，和没有引用一样，用来感知对象被 GC 的时机（存入队列中），或用来堆外内存释放
ReferenceQueue rq = new ReferenceQueue<>();
PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<>("abc", rq);

// 建议 JVM 进行 Full GC，而非一定
// 只让虚拟机自己去管理内存，可以通过 -XX:+ DisableExplicitGC 来禁止调用 System.gc()
System.gc();

三、回收内存

堆区

对于可达性分析中不可达的对象，也并不是没有存活的可能。如果在执行 finalize() 方法时，将 this 赋给了某一个引用，那么该对象就重生了。但 finalize() 方法只会被系统自动调用一次，下一次回收，它的 finalize() 方法不会被再次执行。

JVM 会判断此对象是否有必要执行 finalize() 方法，如果对象没有覆盖 finalize() 方法，或者 finalize() 方法已经被虚拟机调用过，那么对象基本上就真的被回收了。

如果对象被判定为有必要执行 finalize() 方法，那么对象会被放入一个 F-Queue 队列中，虚拟机会以较低的优先级执行这些 finalize()方法，但不会确保所有的 finalize() 方法都会执行结束。如果 finalize() 方法出现耗时操作，虚拟机就直接停止指向该方法，将对象清除。

方法区

方法区中存放生命周期较长的类信息、常量、静态变量，每次垃圾收集只有少量的垃圾被清除。方法区中主要清除两种垃圾：

• 废弃常量（常量池中的常量不被任何变量或对象引用，那么这些常量就会被清除掉）
• 无用的类

判定一个类是否是“无用的类”，条件较为苛刻：

• 该类的所有对象都已经被清除
• 加载该类的 ClassLoader 已经被回收
• 该类的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

一个类被虚拟机加载进方法区，那么在堆中就会有一个代表该类的对象：java.lang.Class。这个对象在类被加载进方法区时创建，在方法区该类被删除时清除。

四、常见垃圾收集算法

标记-清除算法（Mark-Sweep，操作清理对象）

判断哪些数据需要清除，并对它们进行标记，然后清除被标记的数据。

Mark-Sweep 之后会产生大量不连续的内存碎片，碎片太多可能导致以后需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

复制算法（操作存活对象）

将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块内存用完，需要进行垃圾收集时，就将存活者的对象复制到另一块上面，然后将第一块内存全部清除。

不会有内存碎片的问题，但内存缩小为原来的一半，浪费空间。适用于存活率低的情况。

标记-整理算法（操作清理对象）

将废弃对象做上标记，然后将未标记的对象移到一边，最后清空另一边区域即可。

这样就不用浪费内存空间，也避免的碎片化问题。适用于存活率高的情况。

分代收集算法（HotSpot 虚拟机 GC 采用分代收集算法）

根据对象存活周期的不同，将内存划分为几块。一般是把 Java 堆分为新生代和老年代，根据年代的特点来选择最佳的收集算法。

• 新生代：复制算法
• 老年代：标记-整理算法

堆大小=新生代+老年代（默认分别占堆空间为1/3、2/3），新生代又被分为Eden、from survivor、to survivor（默认8:1:1）

这样划分是为了更好的管理堆内存中的对象，方便 GC 算法来进行垃圾回收。

对象的分配通常在 Eden 中（大对象（需要大量连续内存空间的 Java 对象，如很长的字符串或数据）直接进入老年代，-XX:PretenureSizeThreshold）。

当 Eden 区满后，会触发 Minor GC，把 Eden 区和 from survivor 区中存活的对象进行转移，其中到达年龄（经过多次Minor GC）的会被放入老年代，未到达年龄的放入 to survivor 区。

然后清空 Eden 区和 from survivor 区，交换 from survivor 与 to survivor 的名字。

若存活对象大于 to survivor 区容量，则会被直接放入老年代。若打开了自适应（-XX:+AdaptiveSizePolicy），GC会自动重新调整新生代大小。

若老年代满了，则触发 Full GC。

Minor GC vs Major GC/Full GC：

• Minor GC：回收新生代（包括 Eden 和 Survivor 区域），因为 Java 对象大多都具备朝生夕灭的特性，所以 Minor GC 非常频繁，一般回收速度也比较快。
• Major GC / Full GC: 回收老年代，出现了 Major GC，经常会伴随至少一次的 Minor GC，但这并非绝对。Major GC 的速度一般会比 Minor GC 慢 10 倍 以上。

在 JVM 规范中，Major GC 和 Full GC 都没有一个正式的定义，所以有人也简单地认为 Major GC 清理老年代，而 Full GC 清理整个内存堆。

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https://github.com/doocs/jvm/blob/master/docs/03-gc-algorithms.md

https://github.com/doocs/jvm/blob/master/docs/05-memory-allocation-gc.md

https://www.javacodegeeks.com/2015/03/minor-gc-vs-major-gc-vs-full-gc.html

https://www.journaldev.com/2856/java-jvm-memory-model-memory-management-in-java