垃圾回收的概述
什么是垃圾
- 垃圾是指在程序运行中，没有任何指针指向的对象，这个对象就需要被垃圾回收
- 如果不及时的回收这些垃圾，这些对象所占用的内存空间就会一直保留到程序结束，被保留的空间无法被其他对象使用，就会导致内存溢出
为什么需要GC
- 对于高级语言来说，一个基本的认知是，如果不进行垃圾回收，内存迟早会消耗完，因为会不断的分配新的空间。
- 除了释放没用的对象之外，垃圾回收也可以清除内存的记录碎片，碎片整理将堆内存的空间连续，方便存储比较大的对象
- 没有GC不能保证程序的正常运行，而经常GC又会造成STW(Stop The Workd) ，所以才会不断的对GC进行优化
早期的垃圾回收
- 早期的垃圾回收基本是手工进行的，开发人员可以使用关键字NEW 来申请内存并使用DELETE释放内存
- 这种方式可以灵活的控制内存释放的时间，但是开发人员的负担比较大，一旦有内存没有被及时的释放，就会产生内存泄漏的问题，垃圾对象永远无法被清除
Java垃圾回收机制
自动内存管理不需要开发人员手动参与内存的分配与回收，降低内存溢出的风险，同时也将开发人员从内存管理中释放出来，可以更专注于业务开发。
GC主要关注的区域
GC主要关注与方法区和堆中的垃圾回收， 其中，堆是垃圾收集器工作的重点区域
从执行效率上讲，应该多次进行Young区垃圾回收，较少收集Old区，基本不动方法区
垃圾回收算法
标记阶段：引用计数法
堆中存放着java所有的对象实例，在GC垃圾回收之前首先需要区分出那些事存活的那些是死亡的，只有标记为死亡的对象，才会被回收，释放占用的资源这个阶段称为垃圾标记阶段。jvm中判断一个对象是否存活就是判断有没有存活的对象引用它，如果没有，就可以判断为死亡，判断的方式有两种，一种是可达性分析一种是引用计数算法
引用计数法：引用计数法比较简单，就是对没一个引用保存一个整形的计数器，用于记录对象被引用的情况，有一个引用指向该对象就+1，引用实效时就-1，只要引用计数器的值为0 则表示该对象可以被回收
优点：实现简单，垃圾对象便于标识，回收没有延时性
缺点：需要单独的存储计数器，比较浪费空间，在对象引用或者取消引用的时候会进行算术运算，浪费时间，最主要的就是没有办法解决循环引用的问题。
可达性分析算法（根搜索算法）
基本思路:可达性分析算法是以根对象集合为起始点，按照从上到下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达，使用可达性分析算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链，如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象己经死亡，可以标记为垃圾对象。可达性分析算法中，只有能够被根对象集合直接或者间接连接的对象才是存活对象。
- 如果要使用可达性分析算法来判断内存是否可回收，那么分析工作必须在一个能保障一致性 (某一刻的静止状态) 的快照中进行。这点不满足的话分析结果的准确性就无法保证。
- 这点也是导致GC进行时必须“Stop The World”的一个重要原因。
对象的finalization机制
- finalization机制是可以允许开发人员在对象销毁之前做一些自定义的逻辑处理
- 当垃圾收集器收集垃圾对象之前会调用这个对象的 finalize() 方法，该方法是Object的一个方法，可以在子类重写，通常是用来关闭资源和清理的工作。
- 不要主动的去调用对象的finalize()方法，原因有三点：
- 1.执行finalize()方法时，对象可能会复活。
- 2.finalize()方法的执行时间没有保障，完全是有GC线程决定，若不发生GC 则finalize()方法将永远不会执行
- 3.如果finalize()方法逻辑不严谨，严重的影响GC的性能
- 由于finalize()方法的存在，对象存在三种状态，可触及 可复活 不可触及
- 1.可触及：从根节点可以达到这个对象
- 2.可复活：对象的所有引用都被垃圾收集器回收，但是对象可能在finalize()方法复活
- 3.不可触及：对象的finalize()方法只能被调用一次，如果finalize()方法被调用了，但是对象没有复活，才能被回收
- 只有对象是不可触及状态的才可以被回收
标记清除算法
执行过程
当堆中的空间不足的时候，就会停止整个程序（stop the world）然后进行两个工作，一个是吧标记，一个是清除， 标记Collector从引用根节点开始遍历，标记所有存在被引用的对象， 清除Collector对堆内存从头到尾进行线性遍历，如果发现对象没有被标记，就将该对象回收。
缺点
- 标记清除算法的效率不高，要进行两次遍历
- 在进行GC的时候，需要停止整个程序，体验差
- 清理之后的内存是不连续的，产生了内存碎片，需要单独维护一个空闲列表
复制算法
核心思想
将内存空间分为两块，每次只使用其中的一块，在垃圾回收时，将正在使用区域中的所有活对象，复制到未使用的内存中，之后清除正在使用内存区域的对象，然后将两块区域角色互换。（新生代分为两个幸存者区）
优点
- 没有标记清除的过程，实现起来简单，运行高效
- 复制的对象能够保证内存的连续，不会出现内存碎片问题
缺点
- 需要两个同样的内存空间，但是只有一块区域存数据，空间浪费
- 如果存活的对象数量过大效率低
标记压缩算法
执行过程
第一阶段和标记清除算法一样，都是从根节点开始遍历，标记存在引用的对象，第二阶段就将所有存活的对象压缩到内存的一短，按顺序排放，最后清除掉最后一个排放后面的所有空间
标记压缩和标记清除算法的区别
- 标记压缩可以理解为在标记清除之后，在进行一次压缩。
- 标记清除不用更改对象的内存地址，标记压缩需要更改内存地址
- 标记压缩内存比较规整，不用单独维护一个空闲列表
优点
- 解决了标记清除算法中的内存碎片问题
- 解决了复制算法中的内存浪费问题
缺点
- 从效率上来说，比标记清除和复制算法都要低
- 如果移动的对象被其他对象引用，还需要调整引用的地址
- 移动过程中需要停止用户线程（Stop The World）
总结
| 标记清除 | 标记压缩 | 复制算法 | |
|---|---|---|---|
| 速度 | 中等 | 最慢 | 最快 |
| 空间 | 少（存在内存碎片问题） | 少（不存在内存碎片问题） | 多（需要两个同样大小的空间，但是只能存放一半内存的对象） |
| 移动对象 | 否 | 是 | 是 |
分代收集算法
- 前面所有这些算法中，并没有一种算法可以完全替代其他算法，它们都具有自己独特的优势和特点。分代收集算法应运而生。
- 分代收集算法，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。一般是把 Java 堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。
- 在 Java 程序运行的过程中，会产生大量的对象，其中有些对象是与业务信息相关，比如 Http 请求中的 Session 对象、线程、Socket 连接，这类对象跟业务直接挂钩，因此生命周期比较长。但是还有一些对象，主要是程序运行过程中生成的临时变量，这些对象生命周期会比较短，比如：String 对象，由于其不变类的特性，系统会产生大量的这些对象，有些对象甚至只用一次即可回收。
目前几乎所有的 GC 都采用分代收集算法执行垃圾回收的。
在 HotSpot 中，基于分代的概念，GC 所使用的内存回收算法必须结合年轻代和老年代各自的特点。
- 年轻代（Young Gen）
年轻代特点：区域相对老年代较小，对象生命周期短、存活率低，回收频繁。
这种情况复制算法的回收整理，速度是最快的。复制算法的效率只和当前存活对象大小有关，因此很适用于年轻代的回收。而复制算法内存利用率不高的问题，通过 HotSpot 中的两个 Survivor 的设计得到缓解。
- 老年代（Tenured Gen）
老年代特点：区域较大，对象生命周期长、存活率高，回收不及年轻代频繁。
这种情况存在大量存活率高的对象，复制算法明显变得不合适。一般是由标记-清除或者是标记-清除与标记-整理的混合实现。
- Mark 阶段的开销与存活对象的数量成正比。
- Sweep 阶段的开销与所管理区域的大小成正相关。
- Compact 阶段的开销与存活对象的数据成正比。
