摘要：但是為了豐富引用的種類，以適應(yīng)各種應(yīng)用，中加入了中引用，但是除了強(qiáng)引用，其生命周期會(huì)有所不同，生存能力遞減。加載該類的已被回收。

GC面臨的問(wèn)題有三個(gè)：哪些內(nèi)存需要回收、什么時(shí)候回收和怎么回收

哪些內(nèi)存需要回收，一般有兩種方法

引用計(jì)數(shù)

對(duì)每個(gè)對(duì)象都有個(gè)被引用的次數(shù)，單被引用的次數(shù)為0的時(shí)候，就表示對(duì)象需要被回收

引用計(jì)數(shù)的缺點(diǎn)是沒有辦法解決循環(huán)引用導(dǎo)致的內(nèi)存泄露問(wèn)題

可達(dá)性分析

現(xiàn)在主流的GC方法都使用可達(dá)性分析

以GC root為起點(diǎn)，遍歷整個(gè)樹（或者圖），如果沒有到達(dá)過(guò)某個(gè)對(duì)象，則表示這個(gè)對(duì)象需要被回收

GC Root表示引用鏈的起點(diǎn)，包括函數(shù)調(diào)用棧中引用的對(duì)象、static靜態(tài)變量和常量的引用對(duì)象、方法區(qū)中常量引用的對(duì)象，本地方法棧中JNI引用的對(duì)象

也可以分為棧中的對(duì)象、永久代的對(duì)象、本地方法棧中JNI引用的對(duì)象

object什么時(shí)候會(huì)被回收

一般而言，只要沒有引用指向object，就可以在gc的時(shí)候被回收（老年代需要在Full GC，永久代需要在設(shè)定的幾次Full FC）。但是為了豐富引用的種類，以適應(yīng)各種應(yīng)用，JDK1.2中加入了4中引用，但是除了強(qiáng)引用，其生命周期會(huì)有所不同，生存能力遞減。

強(qiáng)引用（Strong Reference）

即普通引用

軟引用（Soft Reference）

當(dāng)觸發(fā)OutOfMemoryException之前，會(huì)觸發(fā)第二次GC，回收這些Object

弱引用（Weak Reference）

當(dāng)觸發(fā)GC的時(shí)候，回收這些Object

虛引用（Phantom Reference）

對(duì)Object的生存無(wú)意義，當(dāng)Object被回收時(shí)，會(huì)觸發(fā)虛引用的通知

對(duì)已object在被回收的時(shí)候，還會(huì)有一個(gè)特例，就是定制Object的finalize方法，使之重新與GC Root關(guān)聯(lián)，可以使Object逃脫回收

finalize方法在object被GC的時(shí)候會(huì)被執(zhí)行

但是下次被GC的時(shí)候，不會(huì)再次執(zhí)行finalize方法（finalize方法在生命周期內(nèi)只會(huì)執(zhí)行一次），所以不會(huì)再次逃脫回收

方法區(qū)或者Hotspot的永久代也會(huì)進(jìn)行GC

普通常量池常量只要沒有引用指向它，就可以被回收

類的回收判定需要滿足3個(gè)條件

堆中不存在該類實(shí)例，即沒有指向該類的引用（按照jvm的內(nèi)存布局，類實(shí)例是會(huì)有指向類信息的pointer或者h(yuǎn)andler的。

加載該類的class loader已被回收。（class loader應(yīng)該存在操縱其加載的類的方法，即還存在某種聯(lián)系）

該類對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒有在任何地方被引用，在任何地方無(wú)法通過(guò)反射訪問(wèn)該類的方法（如果存在這種引用，則可以通過(guò)反射的機(jī)制，進(jìn)行訪問(wèn)該類，這會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤，有點(diǎn)像race condition，持有緩存，內(nèi)容卻被改變了）

由這3個(gè)條件應(yīng)該可以推論出：類實(shí)例、class loader、對(duì)應(yīng)的java.lang.Class類和類信息都存在某種聯(lián)系，使得可以通過(guò)這些東西操縱或者訪問(wèn)類信息。

對(duì)于內(nèi)存怎么回收的問(wèn)題，內(nèi)存的回收算法一般分為三種

標(biāo)記-清除

先對(duì)需要進(jìn)行回收的內(nèi)存進(jìn)行標(biāo)記，然后在進(jìn)行清除

復(fù)制算法

將內(nèi)存分為相等的兩塊，每次只使用其中一塊，當(dāng)當(dāng)前使用的內(nèi)存塊使用完了之后，將存活的對(duì)象復(fù)制到另一內(nèi)存塊

Hotspot將新生代分為一個(gè)Eden和兩個(gè)Survivor區(qū)，默認(rèn)比例為8:1:1

minor gc的時(shí)候，將eden去和當(dāng)前survivor區(qū)的存活對(duì)象復(fù)制到另一塊survivor區(qū)

如果survivor區(qū)不足以放置存活的object，使用分配擔(dān)保機(jī)制，部分object將直接進(jìn)入老年代

標(biāo)記-整理

先對(duì)存活的object進(jìn)行標(biāo)記，然后將object進(jìn)行整理（統(tǒng)一往一端移動(dòng)），最后將剩余的內(nèi)存進(jìn)行回收

分代收集

就是將內(nèi)存分為不同的區(qū)域，一般分為新生代和老年代兩部分，然后在不同的部分應(yīng)用不同的收集算法

一般來(lái)說(shuō)新生代使用復(fù)制算法，因?yàn)橐话阒粫?huì)有少量object存活

老年代使用標(biāo)記-清除或者標(biāo)記-整理算法，因?yàn)閷?duì)象存活率高，沒有另外的內(nèi)存進(jìn)行分配擔(dān)保

Hostspot的算法實(shí)現(xiàn)

枚舉根節(jié)點(diǎn)

為了避免race condition的問(wèn)題，這里需要進(jìn)行stop the world的操作，保證一致性

為了提高標(biāo)記的效率，降低stop the world的時(shí)間，商業(yè)vm一般都會(huì)使用準(zhǔn)確式GC，會(huì)使用一些方法記錄下引用的準(zhǔn)確位置，避免全局內(nèi)存掃描

Hostspot使用的是OopMap的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)達(dá)到這個(gè)目的

OopMap的具體使用方法還需要深入了解

安全點(diǎn)

由于能導(dǎo)致OopMap變化的指令非常多，所以Hostspot設(shè)置安全點(diǎn)，只有在安全點(diǎn)才會(huì)生成OopMap，這也導(dǎo)致只有在安全點(diǎn)才能停頓下來(lái)進(jìn)行GC

如何使所有線程進(jìn)入安全點(diǎn)的方法有兩個(gè)

搶先式中斷，基本上不用

先把所有線程中斷，如果線程不在安全點(diǎn)，則恢復(fù)線程讓它到達(dá)安全點(diǎn)

主動(dòng)式中斷

設(shè)置標(biāo)記位，標(biāo)記是否正在進(jìn)行根節(jié)點(diǎn)枚舉

在安全點(diǎn)輪詢標(biāo)記位

安全區(qū)域

如果線程不運(yùn)行，如sleep或者blocked狀態(tài)，安全點(diǎn)就沒法解決問(wèn)題

安全區(qū)域指在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，代碼引用關(guān)系不會(huì)變化

當(dāng)線程到達(dá)安全區(qū)域時(shí)，會(huì)對(duì)自己進(jìn)行標(biāo)記，GC時(shí)，就不需要管安全狀態(tài)的線程

當(dāng)線程需要離開安全區(qū)域，需要檢查根節(jié)點(diǎn)枚舉標(biāo)記位

垃圾收集器

Serial收集器

簡(jiǎn)單粗暴的串行收集器

適合內(nèi)存不大，單CPU（可以避免線程交互開銷），對(duì)stop the world不太敏感的client環(huán)境

ParNew收集器

Parallel New Generation，新生代并行收集器

Parallel Scavenge收集器

為控制吞吐量而生

通過(guò)控制stop the world的最大時(shí)間和gc時(shí)間的最大比例來(lái)控制gc時(shí)間，控制吞吐量

也可以使用自適應(yīng)參數(shù)

算法主要控制stop the world的時(shí)間，但是代價(jià)是更頻繁的gc和總體更長(zhǎng)的gc時(shí)間總和

Serial Old收集器

老年代的串行收集器

使用的是標(biāo)記-整體算法

Parallel Old收集器

老年代的并行收集器

和Parallel Scavenge收集器一起使用，應(yīng)用于注重吞吐量和CPU敏感的場(chǎng)合

CMS收集器

Concurrent Mark Sweep，Mark Sweep，基于標(biāo)記-清除算法

分為初始標(biāo)記、并行標(biāo)記、重新標(biāo)記、并發(fā)清除4個(gè)階段

其中初始標(biāo)記和重新標(biāo)記 都會(huì)stop the world

耗時(shí)最長(zhǎng)的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除都可以和用戶線程一起運(yùn)行

缺點(diǎn)

并CPU資源非常敏感，并發(fā)情況下，占用部分CPU資源，會(huì)導(dǎo)致吞吐量下降

無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾，可能出現(xiàn)“concurrent mode failed”而導(dǎo)致另一次Full GC

浮動(dòng)垃圾，在并發(fā)清理階段出現(xiàn)的垃圾，沒法當(dāng)次GC清除

需要預(yù)留老年代空間，給GC時(shí)，用戶程序使用

標(biāo)記-清除算法會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片

可以設(shè)置是否在Full GC時(shí)整理內(nèi)存，多少次Full GC整理一次內(nèi)存

G1收集器

Garbage First

優(yōu)點(diǎn)有：

并行與并發(fā)

分代手機(jī)

空間整合

整體來(lái)看是標(biāo)記-整理算法，局部來(lái)看是標(biāo)記-復(fù)制算法

可預(yù)測(cè)的停頓

通過(guò)設(shè)置GC時(shí)間的不得超過(guò)一定比例，幾乎是實(shí)時(shí)Java（RTSJ）垃圾收集器的特征

G1實(shí)現(xiàn)

G1將內(nèi)存分為多個(gè)相等的區(qū)域

老年代、新生代的概念還存在，但是改為了內(nèi)存區(qū)域的集合，而不是固定的區(qū)域

G1跟蹤各個(gè)Region區(qū)域里面垃圾堆積的價(jià)值（即花費(fèi)時(shí)間回收內(nèi)存的性價(jià)比），維護(hù)優(yōu)先列表

由優(yōu)先列表建立回收時(shí)間預(yù)測(cè)模型，優(yōu)先收集性價(jià)比高的垃圾

由于分區(qū)域回收內(nèi)存，G1的區(qū)域之間相互引用，導(dǎo)致可達(dá)性分析耗時(shí)的問(wèn)題相比之前的收集器顯得更加突出了

通過(guò)remember set來(lái)避免全堆掃描

remember set記錄被其它區(qū)域引用的情況（待補(bǔ)充）