内存的动态分配与内存回收技术已经相当成熟，一切看起来都进入了“自动化”时代，那为什么我们还要去了解GC和内存分配呢？答案很简单：当需要排查各种内存溢出、内存泄漏问题时，当垃圾收集成为系统达到更高并发量的瓶颈时，我们就需要对这些“自动化”的技术实施必要的监控和调节。
对象已死
堆中存放着Java所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事情就是要确定这些对象有哪些还“存活”着，哪些已经“死去”.
引用计数算法:给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器都为0的对象就是不可能再被使用的。
举个简单的例子，请看代码清单3-1中的testGC()方法：对象objA和objB都有字段instance，赋值令objA.instance = objB及objB.instance = objA，除此之外，这两个对象再无任何引用，实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是它们因为互相引用着对方，导致它们的引用计数都不为0，于是引用计数算法无法通知GC收集器回收它们。
/** * testGC()方法执行后，objA和objB会不会被GC呢？ * @author zzm */ public class ReferenceCountingGC { public Object instance = null; private static final int _1MB = 1024 * 1024; /** * 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便能在GC日志中看清楚是否被回收过 */ private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB]; public static void testGC() { ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC(); ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC(); objA.instance = objB; objB.instance = objA; objA = null; objB = null; // 假设在这行发生GC，那么objA和objB是否能被回收？ System.gc(); } }
运行结果：
[Full GC (System) [Tenured: 0K->secs] 4603K->>0.0150007 secs] [Times: =.01 =.00, =.02 secs] [0x00000000055e0000, 0x0000000005fe0000, 0x0000000005fe0000) 0x00000000055f4850, 0x0000000005de0000) 0x0000000005de0000, 0x0000000005ee0000) 0x0000000005ee0000, 0x0000000005fe0000) [0x0000000005fe0000, 0x00000000069e0000, 0x00000000069e0000) 0x0000000006014a18, 0x0000000006014c00, 0x00000000069e0000) [0x00000000069e0000, 0x0000000007ea0000, 0x000000000bde0000) 0x0000000006cd2398, 0x0000000006cd2400, 0x0000000007ea0000) No shared spaces configured.
从运行结果中可以清楚地看到GC日志中包含“4603K->210K”，意味着虚拟机并没有因为这两个对象互相引用就不回收它们，这也从侧面说明虚拟机并不是通过引用计数算法来判断对象是否存活的。
可达性分析算法：基本思路就是通过一系列的名为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连(用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达)时，则证明此对象是不可用的。如图3-1所示，对象object 5、object 6、object 7虽然互相有关联，但是它们到GC Roots是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。
在Java语言里，可作为GC Roots的对象包括下面几种：(1)虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用的对象；(2)方法区中的类静态属性引用的对象;(3)方法区中的常量引用的对象;(4)本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）的引用的对象。
引用
在JDK 1.2之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用（Strong Reference）、软引用（Soft Reference）、弱引用（Weak Reference）、虚引用（Phantom Reference）四种，这四种引用强度依次逐渐减弱。
- 强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，类似“Object obj = new Object()”这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
- 软引用用来描述一些还有用，但并非必需的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中并进行第二次回收。如果这次回收还是没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。在JDK 1.2之后，提供了SoftReference类来实现软引用。
- 弱引用也是用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在JDK 1.2之后，提供了WeakReference类来实现弱引用。
- 虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是希望能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在JDK 1.2之后，提供了PhantomReference类来实现虚引用。
在根搜索算法中不可达的对象，也并非是“非死不可”的，这时候它们暂时处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：如果对象在进行根搜索后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会被放置在一个名为F-Queue的队列之中，并在稍后由一条由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行。这里所谓的“执行”是指虚拟机会触发这个方法，但并不承诺会等待它运行结束。这样做的原因是，如果一个对象在finalize()方法中执行缓慢，或者发生了死循环（更极端的情况），将很可能会导致F-Queue队列中的其他对象永久处于等待状态，甚至导致整个内存回收系统崩溃。finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在finalize()中成功拯救自己—只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可，譬如把自己（this关键字）赋值给某个类变量或对象的成员变量，那在第二次标记时它将被移除出“即将回收”的集合；如果对象这时候还没有逃脱，那它就真的离死不远了。从代码清单3-2中我们可以看到一个对象的finalize()被执行，但是它仍然可以存活。
/** * 此代码演示了两点： * 1.对象可以在被GC时自我拯救。 * 2.这种自救的机会只有一次，因为一个对象的finalize ()方法最多只会被系统自动调用一次 * @author zzm */ public class FinalizeEscapeGC { public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null; public void isAlive() { System.out.println("yes, i am still alive :)"); } @Override protected void finalize() throws Throwable { super.finalize(); System.out.println("finalize mehtod executed!"); FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this; } public static void main(String[] args) throws Throwable { SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC(); //对象第一次成功拯救自己 SAVE_HOOK = null; System.gc(); // 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它 Thread.sleep(500); if (SAVE_HOOK != null) { SAVE_HOOK.isAlive(); } else { System.out.println("no, i am dead :("); } // 下面这段代码与上面的完全相同，但是这次自救却失败了 SAVE_HOOK = null; System.gc(); // 因为Finalizer方法优先级很低，暂停0.5秒，以等待它 Thread.sleep(500); if (SAVE_HOOK != null) { SAVE_HOOK.isAlive(); } else { System.out.println("no, i am dead :("); } } }
finalize mehtod executed!
yes, i am still alive :)
no, i am dead :(
从代码清单3-2的运行结果可以看到，SAVE_HOOK对象的finalize()方法确实被GC收集器触发过，并且在被收集前成功逃脱了。
回收方法区
永久代的垃圾收集主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类。回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。以常量池中字面量的回收为例，假如一个字符串“abc”已经进入了常量池中，但是当前系统没有任何一个String对象是叫做“abc”的，换句话说是没有任何String对象引用常量池中的“abc”常量，也没有其他地方引用了这个字面量，如果在这时候发生内存回收，而且必要的话，这个“abc”常量就会被系统“请”出常量池。常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。
类需要同时满足下面3个条件才能算是“无用的类”：
- 该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例;
- 加载该类的ClassLoader已经被回收;
- 该类对应的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。
垃圾收集算法
标记 -清除算法
算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。它的主要缺点有两个：一个是效率问题，标记和清除过程的效率都不高；另外一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致，当程序在以后的运行过程中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
它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。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对其中的一块进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，未免太高了一点。
标记 -整理算法
根据老年代的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存，“标记-整理”算法的示意图如图3-4所示
分代收集算法
当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法。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采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法来进行回收。