什么是Java中的垃圾
Java的内存，主要分配给栈、堆和方法区。
栈的内存是固定的，只与类结构有关，在运行前就是确定的，在方法或线程结束时就能回收。
堆和方法区的内存是动态的，比如接口有不同的实现类，内存都不一样，比如方法可能走不同的逻辑分支，内存也不一样。所以堆和方法区的内存，只能在运行期间确定，必须动态地分配和回收，这就会产生垃圾。
所以，Java的垃圾回收，针对的就是堆和方法区。
堆和方法区都是引用对象（基本类型都在栈里），所以要回收的，其实就是不再被人引用的对象，如果一个内存（堆或方法区中）中的对象，没有任何引用，那么这个对象就是无用的对象，需要回收，腾出内存。
如何判断垃圾
引用
要判断一个对象是不是垃圾，主要检查它有没有被引用。
- 引用计数
最简单的做法，就是把对象的引用做一个统计，如果引用为0，就是垃圾，可以回收。
但是，引用计数最大的bug在于循环引用，如果两个对象互相引用了，那么它们就没有机会被回收。 - 可达性分析
现在最常用的是可达性分析法，我们定义了四种GC Roots，如果一个对象向上层层引用之后，能是直接或间接被GC Roots引用，就认为这个对象到GC Roots之间是可达的，就不是垃圾。
所以也可以说，如果一个对象到GC Roots之间有连通的路径，就是可达的。
Java中可以被作为GC Roots中的对象有：
.虚拟机栈中的引用的对象。（栈里引用的对象）
.本地方法栈（jni）即一般说的Native的引用对象。（JNI引用对象）
.方法区中的类静态属性引用的对象。（方法区静态对象）
.方法区中的常量引用的对象。（方法区常量对象）
强软弱虚四种引用
Java通过引用判断对象是否可以回收，为了增加一定的灵活性，Java给引用本身做了细分，分为强软弱虚四种引用：
- 强引用是不可回收。
- 软引用是在内存不足时回收。
- 弱引用是不管内存够不够用，只要遇上了GC扫描，都要回收，不过GC扫描的优先级很低，不会很快触发回收。弱引用可以和引用队列一起使用。
- 虚引用（java.lang.ref.PhantomReference）实际上是个引用关联，必须和引用队列（Reference Queue）一起使用，本身无法实例化，被虚引用关联的对象，可以在任何时候回收，设置虚引用，一般是为了在对象被回收时收到一个系统通知。
另外，在引用里还有两个常用的类：
- 引用队列（ReferenceQueue），本身不属于引用类型，但是和引用类型配合使用，就可以在对象被回收时收到一个系统通知，如果ref类引用了obj，当obj被gc时，ref就会被放到ReferenceQueue中，我们可以对ref做额外处理，例如数据清理。
- WeakHashMap，它将WeakReference作为key对象，如果key被gc了，那么key的整个entry会被移除，WeakHashMap的size就会发生变化（在调用get时，先处理被gc的key值，再把entry重新链接起来）。
二次标记
稳妥起见，失去引用的对象并不会立即被回收，需要经过两次标记，才会真正被判定为可回收的垃圾对象，这就是二次标记。
- 第一次标记
如果发现一个对象失去了可达性（无法链接到GC Roots），就会对它进行第一次标记。 - 过滤和finalize
针对被第一次标记的对象，JVM判断它是否需要执行finalize。
如果这个对象没有覆盖finalize函数，或者已经被执行过一次finalize函数（finalize函数只会被执行一次），就直接跳过，等待第二次标记；
如果这个对象可以执行finalize，JVM会把它放进一个专门的F-Queue队列里，由一个低优先级的Finalizer线程去悠闲地触发finalize，如果在此期间或者在finalize函数中，这个对象又重新实现了可达性（比如被赋给某个对象引用），就取消它的标记。 - 第二次标记
在下一次分析中，被标记过一次的对象，会被标记第二次，被标记两次的对象，就是垃圾对象，可以回收了。
方法区的垃圾
一般来说，堆中的对象会频繁生灭，垃圾回收效率较高，但是方法区的常量和类其实很少回收，所以一般来说它的垃圾回收效率低，但是对方法区的回收是有必要的，特别是反射、动态代理、自定义ClassLoader等，都是可能导致方法区内存溢出的。
方法区的垃圾来源无非是常量和类。
常量回收相对简单，如果一个常量，当下没有任何引用，就可以回收。
类的回收就很苛刻了，要求如下：
- 堆中不再有该类的实例对象
- 加载这个类的ClassLoader已经被回收
- Class没有被引用，也无法通过反射访问到类的方法
如何回收垃圾
找到垃圾之后，就要收集回收，不同厂家的JVM，可能有不同的操作方式。
- 标记-清除法
标记找到的垃圾，然后统一回收，在哪儿找到，就在哪儿回收，缺点很明显，效率不高+内存碎块化严重。 - 复制算法
基本原理：复制算法的基本原理，就是把整个内存分成两半，每次只使用一半，另一半空着，这一半装满以后，就把其中还活着的对象，一个挨一个复制到另一半内存上，这样每次都能腾出大片的内存空间，没有内存碎块化的问题。
改良：但是复制算法的内存浪费很严重，所以改善做法是，不分成两半，而是分成一大块和两小块（一般是8:1:1），大块称为Eden，小块称为Survivor，每次只保留一个小块，这样就从浪费50%降为浪费10%。在需要回收时，就把Eden和Survivor1里的存活对象全部放进空闲的那个Survivor2，然后清空后的Eden和这个Survivor2一起使用，而Survivor1改为空闲内存，然后不断循环下去。
用途：复制算法适用的场景，是内存会被大量回收的场景，所以一般在新生代内存回收中采用这种方式，不过，即使是新生代，也有可能会遇到空闲Survivor不够用的情况（存活内存大于10%），这时候还需要使用分配担保。
分配担保：分配担保会把内存放进老年代，背后的思想就是，如果新生代的内存不够，可以使用老年代的剩余内存，尽量避免Full GC。 - 标记-整理法
复制算法比较适合新生代，因为它在回收较多，存活较少时才有效率，如果反过来存活较多，它就需要进行很多次复制，效率低下，所以复制算法不适合老年代。
老年代一般可以用标记-整理法，它是把存活的内存全部向一端移动，这样空余下来的内存就是一大块完整内存，既能克服标记-清除法带来的碎片化问题，又能避免复制算法频繁复制效率低下的问题。 - 分代回收算法
分代回收其实就是综合使用复制算法和标记-整理法，把Java堆分成新生代和老年代，然后分别使用不同的算法。
内存的分配与回收策略
Java的自动内存管理，其实就是实现了自动分配内存和自动回收内存，主要是在堆上操作，在分配和回收上有如下特点：
- 优先分配在Eden区
一般的对象是很可能回收的，所以要放到新生代Eden区，如果Eden区空间不足，JVM会做一个小规模的GC（Minor GC）。 - 大对象直接进老年代
大对象需要连续内存空间，很容易触发GC，直接放到老年代可以避免在Eden和Survivor区连续发生大量复制。 - 长期存活对象进老年代
每个对象有一个年龄计数器，每次被移动到Survivor，年龄就+1，如果年龄足够（比如15），就认为这个对象需要长期保持，就可以放进老年代。 - 年龄动态判定
某些情况下，对象可以提前进入老年代，比如，Survivor中某个年龄（如7）的对象占用的内存总和很大，超过Survivor的一半，那么这个年龄的对象就全部进入老年代。 - 分配担保
分配担保最终是用来判断要不要进行Full GC，因为Full GC开销很大，JVM尽量进行Minor GC，这就需要老年代做分配担保，具体就是如果老年代的剩余最大连续内存空间足够大，一定能容纳新生代的所有对象，或者退一步（有一个HandlePromotionFailure设置值），能容纳历次晋升到老年代的对象的平均大小，就可以进行Minor GC（当然，在退一步额情况下是有风险的）。在分配担保的情况下，如果Survivor空间不足，就会把新生代的对象放进老年代，一般情况下就完成了Minor GC，万一老年代担保失败，就会触发Full GC。
垃圾收集器
垃圾收集器是由各厂商自己实现的，互相可能都不一样，性能各有侧重，我们有时候需要根据实际情况选择最合适的垃圾收集器，垃圾收集器可以粗略分为这么几种（实际上有很多种）：
1.串行垃圾回收器（Serial Garbage Collector）
暂停所有用户线程，用一个单线程处理垃圾回收。
2.并行垃圾回收器（Parallel Garbage Collector）
暂停所有用户线程，用多线程处理垃圾回收。
3.并发标记扫描垃圾回收器（CMS Garbage Collector）
CMS可以尽量少的暂停用户线程，它有1初始标记-->2并发标记-->3重新标记-->4并发清除四个步骤，只有1初始标记和3重新标记会暂停用户进程，但是这两个步骤耗时很短，而2并发标记和4并发清除这两个步骤中，都是和用户线程并行的。
所以CMS比较耗费CPU。
4.G1垃圾回收器（G1 Garbage Collector）
把堆分成很多部分，并发地进行垃圾回收。而且它会在回收内存后，压缩剩余的堆内存空间。
这四种垃圾收集器有一张形象的表述：
图片来自Java GC系列（3）：垃圾回收器种类
常见的内存泄露
Java的垃圾回收并不是万能的，操作不当的话很容易引发内存泄露，常见的泄露场景包括：
- static静态集合类如HashMap，Vector等，因为他们的生命周期一般与应用程序一致，所以静态集合类中引用的对象，就无法被回收。
- 普通集合的元素属性修改（导致hashcode值变更），导致remove失败，及时调用了remove，但该元素仍保留在集合中，被集合引用，无法被回收。
- static静态变量的引用对象，比如单例对象会使用一个static静态变量，静态变量的生命周期与应用程序一致，所以如果该对象又引用了某个外部对象，该外部对象就会无法回收。
- 各种数据库连接、IO连接、网络连接等，这些连接不会自动回收，必须close连接后才能释放，否则也无法被回收，如果使用了连接池，还有关闭Resultset和Statement 对象。
- 各种listener，如果addlistener之后，没有及时删除监听器，造成监听器持有对象，也无法被回收。
- 内部类，内部类（包括匿名内部类）其实是通过编译器的语法糖实现的，在真正编译后的构造函数中会引用所在的外部类（外部类的对象作为内部类的构造参数），所以内部类持有外部类的引用对象，这样外部类就无法被回收。所以一般推荐使用静态内部类（不直接引用外部类）+软/虚引用（间接引用外部类）的方式，比如Handler对象，就最好使用静态内部类+虚引用来实现。
- 资源未关闭，主要有BroadcastReceiver，ContentObserver，File，游标 Cursor，Stream，Bitmap等。
引用
《深入理解Java虚拟机》
Java:对象的强、软、弱和虚引用
ReferenceQueue的使用
Java 内存分配全面浅析
Java虚拟机-----方法区和运行时常量池
Java内存分配之堆、栈和常量池
Java常量池理解与总结
Java GC系列（3）：垃圾回收器种类
Java中关于内存泄漏出现的原因以及如何避免内存泄漏（超详细版汇总上）
Java 类加载机制 ClassLoader Class.forName 内存管理 垃圾回收GC
网友评论