程序計(jì)數(shù)器、虛擬機(jī)棧、本地方法棧隨線程而生，也隨線程而滅；棧幀隨著方法的開始而入棧，隨著方法的結(jié)束而出棧。這幾個(gè)區(qū)域的內(nèi)存分配和回收都具有確定性，在這幾個(gè)區(qū)域內(nèi)不需要過多考慮回收的問題，因?yàn)榉椒ńY(jié)束或者線程結(jié)束時(shí)，內(nèi)存自然就跟隨著回收了。

而對于 Java 堆和方法區(qū)，我們只有在程序運(yùn)行期間才能知道會(huì)創(chuàng)建哪些對象，這部分內(nèi)存的分配和回收都是動(dòng)態(tài)的，垃圾收集器所關(guān)注的正是這部分內(nèi)存。

判定對象是否存活

若一個(gè)對象不被任何對象或變量引用，那么它就是無效對象，需要被回收。

引用計(jì)數(shù)法

在對象頭維護(hù)著一個(gè) counter 計(jì)數(shù)器，對象被引用一次則計(jì)數(shù)器 +1；若引用失效則計(jì)數(shù)器 -1。當(dāng)計(jì)數(shù)器為 0 時(shí)，就認(rèn)為該對象無效了。

引用計(jì)數(shù)算法的實(shí)現(xiàn)簡單，判定效率也很高，在大部分情況下它都是一個(gè)不錯(cuò)的算法。但是主流的 Java 虛擬機(jī)里沒有選用引用計(jì)數(shù)算法來管理內(nèi)存，主要是因?yàn)樗茈y解決對象之間循環(huán)引用的問題。（雖然循環(huán)引用的問題可通過 Recycler 算法解決，但是在多線程環(huán)境下，引用計(jì)數(shù)變更也要進(jìn)行昂貴的同步操作，性能較低，早期的編程語言會(huì)采用此算法。）

舉個(gè)栗子 ?? 對象 objA 和 objB 都有字段 instance，令 objA.instance = objB 并且 objB.instance = objA，由于它們互相引用著對方，導(dǎo)致它們的引用計(jì)數(shù)都不為 0，于是引用計(jì)數(shù)算法無法通知 GC 收集器回收它們。

可達(dá)性分析法

所有和 GC Roots 直接或間接關(guān)聯(lián)的對象都是有效對象，和 GC Roots 沒有關(guān)聯(lián)的對象就是無效對象。

GC Roots 是指：

• Java 虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象

• 本地方法棧中引用的對象

• 方法區(qū)中常量引用的對象

• 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對象

GC Roots 并不包括堆中對象所引用的對象，這樣就不會(huì)有循環(huán)引用的問題。

引用的種類

判定對象是否存活與“引用”有關(guān)。在 JDK 1.2 以前，Java 中的引用定義很傳統(tǒng)，一個(gè)對象只有被引用或者沒有被引用兩種狀態(tài)，我們希望能描述這一類對象：當(dāng)內(nèi)存空間還足夠時(shí)，則保留在內(nèi)存中；如果內(nèi)存空間在進(jìn)行垃圾收集后還是非常緊張，則可以拋棄這些對象。很多系統(tǒng)的緩存功能都符合這樣的應(yīng)用場景。

在 JDK 1.2 之后，Java 對引用的概念進(jìn)行了擴(kuò)充，將引用分為了以下四種。不同的引用類型，主要體現(xiàn)的是對象不同的可達(dá)性狀態(tài)reachable和垃圾收集的影響。

強(qiáng)引用（Strong Reference）

類似 "Object obj = new Object()" 這類的引用，就是強(qiáng)引用，只要強(qiáng)引用存在，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會(huì)回收被引用的對象。但是，如果我們錯(cuò)誤地保持了強(qiáng)引用，比如：賦值給了 static 變量，那么對象在很長一段時(shí)間內(nèi)不會(huì)被回收，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存泄漏。

軟引用（Soft Reference）

軟引用是一種相對強(qiáng)引用弱化一些的引用，可以讓對象豁免一些垃圾收集，只有當(dāng) JVM 認(rèn)為內(nèi)存不足時(shí)，才會(huì)去試圖回收軟引用指向的對象。JVM 會(huì)確保在拋出 OutOfMemoryError 之前，清理軟引用指向的對象。軟引用通常用來實(shí)現(xiàn)內(nèi)存敏感的緩存，如果還有空閑內(nèi)存，就可以暫時(shí)保留緩存，當(dāng)內(nèi)存不足時(shí)清理掉，這樣就保證了使用緩存的同時(shí)，不會(huì)耗盡內(nèi)存。

弱引用（Weak Reference）

弱引用的強(qiáng)度比軟引用更弱一些。當(dāng) JVM 進(jìn)行垃圾回收時(shí)，無論內(nèi)存是否充足，都會(huì)回收只被弱引用關(guān)聯(lián)的對象。

虛引用（Phantom Reference）

虛引用也稱幽靈引用或者幻影引用，它是最弱的一種引用關(guān)系。一個(gè)對象是否有虛引用的存在，完全不會(huì)對其生存時(shí)間構(gòu)成影響。它僅僅是提供了一種確保對象被 finalize 以后，做某些事情的機(jī)制，比如，通常用來做所謂的 Post-Mortem 清理機(jī)制。

回收堆中無效對象

對于可達(dá)性分析中不可達(dá)的對象，也并不是沒有存活的可能。

判定 finalize() 是否有必要執(zhí)行

JVM 會(huì)判斷此對象是否有必要執(zhí)行 finalize() 方法，如果對象沒有覆蓋 finalize() 方法，或者 finalize() 方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過，那么視為“沒有必要執(zhí)行”。那么對象基本上就真的被回收了。

如果對象被判定為有必要執(zhí)行 finalize() 方法，那么對象會(huì)被放入一個(gè) F-Queue 隊(duì)列中，虛擬機(jī)會(huì)以較低的優(yōu)先級執(zhí)行這些 finalize()方法，但不會(huì)確保所有的 finalize() 方法都會(huì)執(zhí)行結(jié)束。如果 finalize() 方法出現(xiàn)耗時(shí)操作，虛擬機(jī)就直接停止指向該方法，將對象清除。

對象重生或死亡

如果在執(zhí)行 finalize() 方法時(shí)，將 this 賦給了某一個(gè)引用，那么該對象就重生了。如果沒有，那么就會(huì)被垃圾收集器清除。

任何一個(gè)對象的 finalize() 方法只會(huì)被系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)用一次，如果對象面臨下一次回收，它的 finalize() 方法不會(huì)被再次執(zhí)行，想繼續(xù)在 finalize() 中自救就失效了。

回收方法區(qū)內(nèi)存

方法區(qū)中存放生命周期較長的類信息、常量、靜態(tài)變量，每次垃圾收集只有少量的垃圾被清除。方法區(qū)中主要清除兩種垃圾：

• 廢棄常量

• 無用的類

判定廢棄常量

只要常量池中的常量不被任何變量或?qū)ο笠?，那么這些常量就會(huì)被清除掉。比如，一個(gè)字符串 "bingo" 進(jìn)入了常量池，但是當(dāng)前系統(tǒng)沒有任何一個(gè) String 對象引用常量池中的 "bingo" 常量，也沒有其它地方引用這個(gè)字面量，必要的話，"bingo"常量會(huì)被清理出常量池。

判定無用的類

判定一個(gè)類是否是“無用的類”，條件較為苛刻。

• 該類的所有對象都已經(jīng)被清除

• 加載該類的 ClassLoader 已經(jīng)被回收

• 該類的 java.lang.Class 對象沒有在任何地方被引用，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法。

一個(gè)類被虛擬機(jī)加載進(jìn)方法區(qū)，那么在堆中就會(huì)有一個(gè)代表該類的對象：java.lang.Class。這個(gè)對象在類被加載進(jìn)方法區(qū)時(shí)創(chuàng)建，在方法區(qū)該類被刪除時(shí)清除。

垃圾收集算法

學(xué)會(huì)了如何判定無效對象、無用類、廢棄常量之后，剩余工作就是回收這些垃圾。常見的垃圾收集算法有以下幾個(gè)：

標(biāo)記-清除算法

標(biāo)記的過程是：遍歷所有的 GC Roots，然后將所有 GC Roots 可達(dá)的對象標(biāo)記為存活的對象。

清除的過程將遍歷堆中所有的對象，將沒有標(biāo)記的對象全部清除掉。與此同時(shí)，清除那些被標(biāo)記過的對象的標(biāo)記，以便下次的垃圾回收。

這種方法有兩個(gè)不足：

• 效率問題：標(biāo)記和清除兩個(gè)過程的效率都不高。

• 空間問題：標(biāo)記清除之后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，碎片太多可能導(dǎo)致以后需要分配較大對象時(shí)，無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作。

復(fù)制算法（新生代）

為了解決效率問題，“復(fù)制”收集算法出現(xiàn)了。它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊內(nèi)存用完，需要進(jìn)行垃圾收集時(shí)，就將存活者的對象復(fù)制到另一塊上面，然后將第一塊內(nèi)存全部清除。這種算法有優(yōu)有劣：

• 優(yōu)點(diǎn)：不會(huì)有內(nèi)存碎片的問題。

• 缺點(diǎn)：內(nèi)存縮小為原來的一半，浪費(fèi)空間。

為了解決空間利用率問題，可以將內(nèi)存分為三塊： Eden、From Survivor、To Survivor，比例是 8:1:1，每次使用 Eden 和其中一塊 Survivor。回收時(shí)，將 Eden 和 Survivor 中還存活的對象一次性復(fù)制到另外一塊 Survivor 空間上，最后清理掉 Eden 和剛才使用的 Survivor 空間。這樣只有 10% 的內(nèi)存被浪費(fèi)。

但是我們無法保證每次回收都只有不多于 10% 的對象存活，當(dāng) Survivor 空間不夠，需要依賴其他內(nèi)存（指老年代）進(jìn)行分配擔(dān)保。

分配擔(dān)保

為對象分配內(nèi)存空間時(shí)，如果 Eden+Survivor 中空閑區(qū)域無法裝下該對象，會(huì)觸發(fā) MinorGC 進(jìn)行垃圾收集。但如果 Minor GC 過后依然有超過 10% 的對象存活，這樣存活的對象直接通過分配擔(dān)保機(jī)制進(jìn)入老年代，然后再將新對象存入 Eden 區(qū)。

標(biāo)記-整理算法（老年代）

標(biāo)記：它的第一個(gè)階段與標(biāo)記-清除算法是一模一樣的，均是遍歷 GC Roots，然后將存活的對象標(biāo)記。

整理：移動(dòng)所有存活的對象，且按照內(nèi)存地址次序依次排列，然后將末端內(nèi)存地址以后的內(nèi)存全部回收。因此，第二階段才稱為整理階段。

這是一種老年代的垃圾收集算法。老年代的對象一般壽命比較長，因此每次垃圾回收會(huì)有大量對象存活，如果采用復(fù)制算法，每次需要復(fù)制大量存活的對象，效率很低。

分代收集算法

根據(jù)對象存活周期的不同，將內(nèi)存劃分為幾塊。一般是把 Java 堆分為新生代和老年代，針對各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴ā?/p>

• 新生代：復(fù)制算法

• 老年代：標(biāo)記-清除算法、標(biāo)記-整理算法

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