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今天我们就从头到尾完整地聊一聊 Java 的垃圾回收。
1、什么是垃圾回收
垃圾回收（Garbage Collection），释放垃圾占用的空间，防止内存泄露，对内存堆中已经死亡的或者长时间没有使用的对象进行清除和回收。
2、如何定义垃圾
既然要做垃圾回收，那么就得知道垃圾的定义是什么，哪些内存需要回收。
2.1 引用计数算法
通过在对象头部分配一个空间，来保存该对象被引用的次数。对象被其他对象引用，则它的计数加1，删除该对象的引用，计数减1，当该对象计数为0时，会被回收。
String m = new String("方糖算法");
创建一个字符串m，这时候"方糖算法"字符串被m引用了，"方糖算法"字符串计数加1。
此时将m设置为null，则"方糖算法"的引用次数就变为0，意味着要被回收了。
m = null;
引用计数算法将垃圾回收分摊到整个程序运行中，而不是在垃圾收集时，不属于严格意义上的"Stop-The-World"的垃圾收集机制。
JVM放弃了引用计数算法，这是为什么？我们看下面的例子。
public class ReferenceCountingGC {
public Object instance;
public ReferenceCountingGC(String name){}
}
public static void testGC(){
ReferenceCountingGC a = new ReferenceCountingGC("objA");
ReferenceCountingGC b = new ReferenceCountingGC("objB");
a.instance = b;
b.instance = a;
a = null;
b = null;
}
- 定义2个对象a，b
- 相互引用
- 声明引用置空
从图中，ab置空后，这两个对象已经不能被访问了，但是他们相互引用对方，导致他们两个的计数永远不为0，永远不会被回收。
2.2 可达性分析算法
通过引用链（GC Root）作为起点，向下搜索，搜索过的路径被称为（Reference Chain）。当一个对象不能被引用链搜索到，说明该对象不可用，被回收。
通过可达性算法，可以解决引用计数算法无法解决的循环依赖问题，只要不能被GC Root搜索到，就会被回收。
那么哪些属于GC Root？往下看鸭！
2.3 Java内存区域
在Java中，GC Root 对象包括四种：
- 虚拟机栈中的引用对象
- 方法区静态属性引用的对象
- 方法区常量引用的对象
- 本地方法栈JNI引用的对象
虚拟机栈中的引用对象
此时的 s，即为GC Root。 当s置空时，localParameter对象也断掉与GC Root 的引用链，将被回收。
public class StackLocalParameter {
public StackLocalParameter(String name){}
}
public static void testGC(){
StackLocalParameter s = new StackLocalParameter("localParameter");
s = null;
}
方法区静态属性引用的对象
s 为 GC Root，s 置空后，s 指向的 properties对象被回收。
m 为类静态属性，也属于GC Root，parameter对象依旧与 GC Root 连接着，所以不会被回收。
public class MethodAreaStaicProperties {
public static MethodAreaStaicProperties m;
public MethodAreaStaicProperties(String name){}
}
public static void testGC(){
MethodAreaStaicProperties s = new MethodAreaStaicProperties("properties");
s.m = new MethodAreaStaicProperties("parameter");
s = null;
}
方法区常量引用的对象
m 为常量引用，是GC Root，s 置空后，final对象也会被回收。
public class MethodAreaStaicProperties {
public static final MethodAreaStaicProperties m = MethodAreaStaicProperties("final");
public MethodAreaStaicProperties(String name){}
}
public static void testGC(){
MethodAreaStaicProperties s = new MethodAreaStaicProperties("staticProperties");
s = null;
}
本地方法栈中引用的对象
任何 Native 接口都会使用某种本地方法栈，实现的本地方法是使用 C 连接模型的话，那么它的本地方法栈就是 C 栈。
当线程调用 Java 方法时，虚拟机会创建一个新的栈帧并压入 Java 栈，然而当它调用的是本地方法时，虚拟机会保持 Java 栈不变，虚拟机只是简单地动态连接并直接调用指定的本地方法。
3、怎么回收垃圾
在确定哪些垃圾可以回收后，我们来讨论一下如何高效的回收垃圾呢？
Java虚拟机没有规定实现垃圾收集器，所以各个厂商的虚拟机可以采用不同的方法实现垃圾收集器。
3.1 标记清除算法
标记清除算法（Mark - Sweep），分为 2 部分，①先把内存中可回收的标记出来 ②再把这些清理掉 ，清理完的区域变成未使用，等待下次使用。
但是存在一个很大的问题，那就是内存碎片。
假设图中 中等方块是 2M，小的是 1M，大的是 4M。等回收完，内存就会被切成很多段。而开辟内存需要的是连续区域，需要一个 2M 的内存，用 2个 1M 是没法用的。这样就导致，其实内存还挺多，但是分散了无法使用。
3.2 复制算法
复制算法（Copying），是在MS算法上演变而来，解决了内存碎片问题。它将内存按容量平分成两块，每次使用其中的一块。当一块用完了，将其存活的对象复制到另一块上，再把这一块内存清理掉。保证了内存连续可用，不会产生内存碎片，逻辑清晰，运行高效。
但是明显暴露了一个问题，合着我 300 平的别墅，只能当 150 平的小三房来使？代价太高了
3.3 标记整理算法
标记整理算法（Mark - Compact）标记过程与MS算法一样，但后续不是直接回收对象，而是让存活的对象向一端移动，再清理端边界以外的内存。
不仅解决了内存碎片，也规避了只能使用一半的内存。但是问题又来了，它对内存变动更频繁，需要整理所有存活对象的引用地址，在效率上比MS算法差很多。
3.4 分代收集算法
分代收集算法（Generational Collection），融合上面 3 种思想。 根据对象存活周期的不同划分为几块，一般分为新生代和老年代，根据年代的特点采用适当的收集算法。
新生代：每次回收发现有大量对象死去，少量存活，则使用复制算法，付出少量存活对象复制的成本完成回收。
老年代：存活率高，没有额外空间分配，则使用MS，MC算法来回收。
问题又来了，内存区域被分为哪几块，每一块又用什么算法合适？
4、内存模型与回收策略
Java 堆（Heap）是 JVM 管理的内存最大的一块，堆又是垃圾收集器管理的主要区域，我们来分析一下堆的结构。
堆主要分为 2 个区域，年轻代和老年代。年轻代分为 Eden 和 Survivor，其中 Survivor 又分为 From 和 To ，老年代分为 Old 。
Eden
研究表名，98%对象是朝生夕死，所以大部分情况，对象会在新生代的 Eden 区分配，当 Eden 内存不足时，虚拟机发起一次 Minor GC， Minor GC 比 Major GC 更频繁，回收更快。
通过 Minor GC 后，Eden会被清空，绝大部分对象被回收，而那些存活对象会进入 Survivor 的 From 区（From 区不够，则进入 Old 区）。
Survivor
Survivor 相当于 Eden 区和 Old 区的一个缓冲区。通过 Minor GC 后，会将 Eden 区和 From 区的存活对象放到 To 区（To 区不够，则进入 Old 区）。
为啥需要缓冲区？
不就是新生代到老年代吗，直接 Eden 到 Old 不就好了？非要这么复杂。
如果没有 Survivor 区，Eden 区每进行一次 Minor GC，存活的对象就会被送到 Old 区，老年代很快被填满。而且很多对象虽然一次 Minor GC 后没有死，可能一会后就死了，直接把它送入老年代，明显不合适。
总结：Survivor 存在的意义就是减少被送到老年代的对象，减少 Major GC 的发送。Survivor 的预筛保证，只有经历16次 Minor GC 还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代。
为啥需要两个缓冲区？
两个 Survivor 最大的好处是解决内存碎片化。
如果 Survivor 有1个区域，Minor GC 执行后，Eden 区被清除，存活对象放入 Survivor 区，而之前 Survivor 区的对象可能也有一部分要清除。此时只能使用MS算法，那就会产生内存碎片，尤其是在新生代这种经常死亡的区域，产生严重碎片化。
如果 Survivor 有2个区域，每次 Minor GC，会将之前 Eden 区和 From 区中的存活对象复制到 To 区域。第二次 Minor GC 时，From 与 To 职责切换，这时候会将 Eden 区和 To 区中的存活对象再复制到 From 区域，以此反复。（有点复制算法的感觉）
这种机制最大的好处就是，永远有一个 Survivor 区是空的，另一个 区是无碎片的。那为啥不分更多的 Survivor 区呢？分的越多，每个区就越小，两块是经过权衡的最佳方案。
Old
老年代占据着 2/3 的堆内存，只有 Major GC 才会清理，每次 GC 都会触发 “Stop-The-World”。内存越大 STW时间越长，所以内存不是越大越好。老年代对象存活时间较长，采用MC算法。
除了上面说的，无法安置的对象会直接送入老年代，以下情况也可以。
- 大对象
大对象是需要大量连续空间的对象，不管是不是"朝生夕死"，都会直接进入老年代。避免在 Eden 和 Survivor 中来回复制。 - 长期存活对象
虚拟机给每个对象定义了对象年龄计数器。对象在 Survivor 区每经历一次 Minor GC ，年龄加1，当年龄为15岁，直接进入老年代。这里的15可以设置。 - 动态对象年龄
虚拟机不关注年龄必须到15岁才可以进入老年代，如果Survivor 区相同年龄的所有对象大小超过 Survivor 空间一半，则年龄大于相同年龄的对象就进入老年代，无需成年。
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