java垃圾回收机制

大纲：

1. 虚拟机内存模型
2. 判断对象已死
3. 四种引用
4. 垃圾回收算法
5. 垃圾回收策略
6. 垃圾回收器

一、虚拟机内存模型

根据 JVM 规范，JVM 运行时区域大致分为 方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器 五个部分。

二、判断对象已死

1. 引用计数算法：为每个对象增加一个计数器，被引用一次+1，引用失效-1，引用数==0则回收。优点：简单，高效。缺点：如果2个对象除了相互引用外无其他引用，则无法回收。
2. 可达性分析算法：一个对象通过一条引用链能达到gc roots则判定对象有效，否则会被回收。gc roots包括虚拟机栈中引用对象、方法区中类静态属性引用对象、方法区中常量引用的对象、native方法引用的对象。

三、四种引用

1. StrongReference-强引用：Object o = new Object();gc不回收，内存满则抛出OutOfMemoryError。
2. SoftReference-软引用：gc会在内存不足时回收,可以和ReferenceQueue联合使用，软引用引用对象被回收，虚拟机会把这个软引加到相关引用队列中。
3. WeakReference-弱引用：gc只要发现弱引用的对象就回收，可以和ReferenceQueue联合使用，弱引用引用对象被回收，虚拟机会把这个弱引加到相关引用队列中。
4. PhantomReference-虚引用 被虚引用引用的对象就和没有引用一样，虚引用必须和ReferenceQueue联合使用，gc回收前，发现对象被虚引用引用，就在回收前把虚引用加到相关队列中。

四、垃圾回收算法

1. 标记清除-将垃圾标记后清除，但会造成内存碎片化
2. 标记整理-将存活对象移动到一端，清除其他内存，解决了内存碎片化问题，但由于频繁移动内存导致效率低。
3. 复制-将内存一分为二，每次使用一半，清理时将存活对象复制到另外一半，然后清理当前一半，但每次只能使用一半内存。
4. 分代垃圾回收-虚拟机将堆分为老年代和年轻代，年轻代朝生夕死适合复制算法，老年代存活率高，适合标记清除、标记整理算法。

五、垃圾回收策略

 堆内存是虚拟机中主要管理区域，占用内存最大。

Java 堆主要分为2个区域-年轻代与老年代，其中年轻代又分 Eden 区和 Survivor 区，其中 Survivor 区又分 From 和 To 2个区。

Eden-由于98%的对象是朝生夕死，eden在年轻代占据大一些，大多数对象出生在eden区。每次eden满触发minor gc。

Survivor-from，to两块作用相同，当发生minor gc，eden和（from/to）中存活的对象被复制到（to/from）中。

Old-老年代占据着2/3的堆内存空间，major gc和full gc 的时候才会进行清理。老年代中包括：

1. 大对象：避免在Survivor中来回复制，避免Survivor装不下。
2. 长期存活对象：对象每次经历minor gc年龄+1，16岁后进入老年代。
3. 动态对象年龄判定：虚拟机并不是永远地要求对象的年龄必须达到了MaxTenuringThreshold才能晋升老年代，如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无须等到MaxTenuringThreshold中要求的年龄。对应虚拟机参数-XX:TargetSurvivorRatio 目标存活率，默认为50%

六、垃圾回收器

下图为垃圾回收器的常见组合，垃圾回收器分新生代回收器，老年代回收器，全年代回收器(G1)

1.Serial：单线程，每次回收STW

2.ParNew：Serial多线程版本

3.Parallel Scavenge：可以控制吞吐量（工作时间/工作时间+gc时间），默认使用GC自使用策略（动态调整新生代各部分大小），也可以调整两个参数：

• XX:MaxGCPauseMillis 控制最大的垃圾收集停顿时间
• XX:GCRatio 直接设置吞吐量的大小

4.Serial Old：Serial老年代版本

5.Parallel Old：ps老年代版本

6.cms：停顿时间短，注重服务端响应速度

　　cms垃圾回收有4个阶段，采用三色标记的方法进行标记（黑色：本身及子结点全部被垃圾回收器访问过；灰色：本身被访问，子结点未被全部访问；白色：未被访问过）

　　　　1.初始标记：stw，对象初始为白色，gcroots为黑色，将gcroots直接引用的对象标记灰色

　　　　2.并发标记：根据可达性分析，在用户线程不停止的情况下，扫描灰色及其子结点；同时并发标记期间黑色结点新增的引用关系会被记录下来，因为会出现引用消失问题（某个白色结点本来被灰色结点引用，突然这个引用消失，但被黑色结点重新引用，由于黑色　　　　　　  　　　　结点不被再次扫描，所以在并发标记后该对象还是白色）

　　　　3.重新标记：stw，扫描并发标记阶段黑色结点新增的引用关系，解决对象消失问题

　　　　4.并发清除：并发清除白色标记的对象

　　cms缺点：

　　　　1.并发标记和并发清除占用cpu

　　　　2.由于并发，无法清除浮动垃圾，当浮动垃圾产生的速度大于并发清除速度，老年代的空间被占用到一定比例时，需要Serial Old来帮忙进行依次major gc

　　　　3.采用标记清除算法，产生内存碎片，碎片严重时，需要Serial Old来帮忙进行依次major gc

7.g1：全年代的垃圾回收器，注重服务端响应速度

　　g1特点：

　　　　1.将堆内存默认分为2048个等大的Region，每个Region可以是年轻代，也可以是老年代，还有可能时大对象，每代不再时一个连续的区域。每个Region有自己的回收价值（垃圾对象比例，预期回收时间与效果）

　　　　2.可以设置停顿时间，控制每次垃圾回收的总时长

　　　　3.回收时，筛选价值高的Region来回收，由于有停顿时间限制，可分多次回收

　　　　4.靠新生代、老年代达到Region的比例来判断是否需要进行回收

　　　　5.标记过程与cms一样采用三色标记