JAVA GC（Garbage Collection，垃圾回收）机制，里面包含的知识点很多，面试中也会经常问道。jvm 虚拟机，回收算法，引用，新生代老年代，什么时候回收，那些需要回收，垃圾回收器和 GC 日志等等。
下面我们来一一介绍研究一下，以后去面试就不怕啦。
对象存活还是已经死去
如何判断那些资源需要回收
引用计数
给对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器就加1。当引用失效时就减1。技术器如果是0，就表示对象不再被使用，可以回收了。
但是，引用计数有个缺点：
public class ReferenceCountingGC{
public Object instance = null;
private static final int _1MB = 1024 * 1024;
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;
System.gc();
}
}
以上是对象之间循环引用，实际上这两个对象都不可能在被访问，但是互相引用对方，导致引用计数器都不是0。
运行之后，通过 GC 日志可以看出来，虚拟机并没有因为这两个对象互相引用就不回收他们，说明虚拟机比不是用技术法来判断对象是否存活。
可达性分析
这个算法基本思路是通过一系列成为 “GC Root” 的对象作为起始点，从这些节点向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain）。当一个对象到 GC Root 没有任何引用链相连，则此对象就可以回收了。
image.png
那么那些点可以作为GC Roots呢？一般来说，如下情况的对象可以作为GC Roots：
1.虚拟机栈(栈桢中的本地变量表)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（Native方法）的引用的对象。
使用OopMap记录并枚举根节点
HotSpot首先需要枚举所有的GC Roots根节点，虚拟机栈的空间不大，遍历一次的时间或许可以接受，但是方法区的空间很可能就有数百兆，遍历一次需要很久。更加关键的是，当我们遍历所有GC Roots根节点时，我们需要暂停所有用户线程（stop the world），因为我们需要一个此时此刻的”虚拟机快照”，如果我们不暂停用户线程，那么虚拟机仍处于运行状态，我们无法确保能够正确遍历所有的根节点。所以此时的时间开销过大更是我们不能接受的。
基于这种情况，HotSpot实现了一种叫做OopMap的数据结构，这种数据结构在类加载完成时把对象内的偏移量是什么类型计算出，并且存放下位置，当需要遍历根结点时访问所有OopMap即可。
用安全点Safepoint约束根节点
如果将每个符合GC Roots条件的对象都存放进入OopMap中，那么OopMap也会变得很大，而且其中很多对象很可能会发生一些变化，这些变化使得维护这个映射表很困难。实际上，HotSpot并没有为每一个对象都创建OopMap，只在特定的位置上创建了这些信息，这些位置称为安全点（Safepoints）。
为了保证虚拟机中安全点的个数不算太多也不是太少，主要决定安全点是否被建立的因素是时间。当进行了耗时的操作时，比如方法调用、循环跳转等时会产生安全点。此外，HotSpot虚拟机在安全点的基础上还增加了安全区域的概念，安全区域是安全点的扩展。在一段安全区域中能够实现安全点不能达成的效果。
引用
无论哪种引用计数还是可达性分析，都跟引用分不开。一下介绍四种引用
1.强引用（StrongReference）
强引用就是指在程序代码之中普遍存在的，比如下面这段代码中的object和str都是强引用：
Object object = new Object();
String str = "hello";
只要某个对象有强引用与之关联，JVM必定不会回收这个对象，即使在内存不足的情况下，JVM宁愿抛出OutOfMemory错误也不会回收这种对象。比如下面这段代码：
public class Main {
public static void main(String[] args) {
new Main().fun1();
}
public void fun1() {
Object object = new Object();
Object[] objArr = new Object[1000];
}
}
当运行至Object[] objArr = new Object[1000];这句时，如果内存不足，JVM会抛出OOM错误也不会回收object指向的对象。不过要注意的是，当fun1运行完之后，object和objArr都已经不存在了，所以它们指向的对象都会被JVM回收。
如果想中断强引用和某个对象之间的关联，可以显示地将引用赋值为null，这样一来的话，JVM在合适的时间就会回收该对象。比如Vector类的clear方法中就是通过将引用赋值为null来实现清理工作的.
public synchronized E remove(int index) {
modCount++;
if (index >= elementCount)
throw new ArrayIndexOutOfBoundsException(index);
Object oldValue = elementData[index];
int numMoved = elementCount - index - 1;
if (numMoved > 0)
System.arraycopy(elementData, index+1, elementData, index,
numMoved);
elementData[--elementCount] = null; // Let gc do its work
return (E)oldValue;
}
2.软引用（SoftReference）
软引用是用来描述一些有用但并不是必需的对象，在Java中用java.lang.ref.SoftReference类来表示。对于软引用关联着的对象，只有在内存不足的时候JVM才会回收该对象。因此，这一点可以很好地用来解决OOM的问题，并且这个特性很适合用来实现缓存：比如网页缓存、图片缓存等。
软引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果软引用所引用的对象被JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。下面是一个使用示例：
import java.lang.ref.SoftReference;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
SoftReference<String> sr = new SoftReference<String>(new String("hello"));
System.out.println(sr.get());
}
}
3.弱引用（WeakReference）
弱引用也是用来描述非必需对象的，当JVM进行垃圾回收时，无论内存是否充足，都会回收被弱引用关联的对象。在java中，用java.lang.ref.WeakReference类来表示。下面是使用示例：
import java.lang.ref.WeakReference;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
WeakReference<String> sr = new WeakReference<String>(new String("hello"));
System.out.println(sr.get());
System.gc(); //通知JVM的gc进行垃圾回收
System.out.println(sr.get());
}
}
第二个输出结果是null，这说明只要JVM进行垃圾回收，被弱引用关联的对象必定会被回收掉。不过要注意的是，这里所说的被弱引用关联的对象是指只有弱引用与之关联，如果存在强引用同时与之关联，则进行垃圾回收时也不会回收该对象（软引用也是如此）。
弱引用可以和一个引用队列（ReferenceQueue）联合使用，如果弱引用所引用的对象被JVM回收，这个软引用就会被加入到与之关联的引用队列中。
4.虚引用（PhantomReference）
虚引用和前面的软引用、弱引用不同，它并不影响对象的生命周期。在java中用java.lang.ref.PhantomReference类表示。如果一个对象与虚引用关联，则跟没有引用与之关联一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。
要注意的是，虚引用必须和引用队列关联使用，当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会把这个虚引用加入到与之 关联的引用队列中。程序可以通过判断引用队列中是否已经加入了虚引用，来了解被引用的对象是否将要被垃圾回收。如果程序发现某个虚引用已经被加入到引用队列，那么就可以在所引用的对象的内存被回收之前采取必要的行动。
import java.lang.ref.PhantomReference;
import java.lang.ref.ReferenceQueue;
public class Main {
public static void main(String[] args) {
ReferenceQueue<String> queue = new ReferenceQueue<String>();
PhantomReference<String> pr = new PhantomReference<String>(new String("hello"), queue);
System.out.println(pr.get());
}
}
内存分区
内存主要被分为三块：新生代（Youn Generation）、老年代（Old Generation）、持久代（Permanent Generation）。三代的特点不同，造就了他们使用的GC算法不同，新生代适合生命周期较短，快速创建和销毁的对象，旧生代适合生命周期较长的对象，持久代在Sun Hotpot虚拟机中就是指方法区（有些JVM根本就没有持久代这一说法）。
image.png
新生代（Youn Generation）：大致分为Eden区和Survivor区（8:1），Survivor区又分为大小相同的两部分：FromSpace和ToSpace。新建的对象都是从新生代分配内存，Eden区不足的时候，会把存活的对象转移到Survivor区。当新生代进行垃圾回收时会出发Minor GC（也称作Youn GC）。
旧生代（Old Generation）：旧生代用于存放新生代多次回收依然存活的对象，如缓存对象。当旧生代满了的时候就需要对旧生代进行回收，旧生代的垃圾回收称作Major GC（也称作Full GC）。
持久代（Permanent Generation）：在Sun 的JVM中就是方法区的意思，尽管大多数JVM没有这一代。
GC 过程
1. Minor GC
(1) Minor GC过程
假设现在Heap内存大小为20M，其中年轻代为10M，老年代为10M，年轻代中Eden区6M，From区2M，To区2M，新创建的对象首先往Eden区分配，当再次分配一个对象，假设大小为1M，此时Eden区已经没有足够空间来给这个对象分配内存，如图所示：
image.png
这时候触发一次Minor GC，把Eden区的存活对象转移到From区，非存活对象进行清理，然后给新创建的对象分配空间，存入Eden区
image.png
随着分配对象的增多，Eden区的空间又不足了：
image.png
这时候再触发一次Minor GC，清理掉Eden区和S1区的死亡对象，把存活对象转移到S2区，然后再给新对象分配内存：
image.png
From区和To区是相对的关系，哪个区中有对象，哪个区就是From区，比如，再进行一次Minor GC，会把存活对象转移到S1区，再为转移之前，S2区是From区，S1区是To区，转移后，S2区中没有存活对象，变为To区，而S1区变为From区：
image.png
2. 对象进入老年代的4种情况
(1) 假如进行Minor GC时发现，存活的对象在ToSpace区中存不下，那么把存活的对象存入老年代
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(2) 大对象直接进入老年代
假设新创建的对象很大，比如为5M(这个值可以通过PretenureSizeThreshold这个参数进行设置，默认3M)，那么即使Eden区有足够的空间来存放，也不会存放在Eden区，而是直接存入老年代
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(3) 长期存活的对象将进入老年代
此外，如果对象在Eden出生并且经过1次Minor GC后仍然存活，并且能被To区容纳，那么将被移动到To区，并且把对象的年龄设置为1，对象没"熬过"一次Minor GC(没有被回收，也没有因为To区没有空间而被移动到老年代中)，年龄就增加一岁，当它的年龄增加到一定程度(默认15岁，配置参数-XX:MaxTenuringThreshold)，就会被晋升到老年代中
(4) 动态对象年龄判定
还有一种情况，如果在From空间中，相同年龄所有对象的大小总和大于From和To空间总和的一半，那么年龄大于等于该年龄的对象就会被移动到老年代，而不用等到15岁(默认)：
image.png
3. Full GC
如果某个(些)对象(原来在内存中存活的对象或者新创建的对象)由于以上原因需要被移动到老年代中，而老年代中没有足够空间容纳这个(些)对象，那么会触发一次Full GC，Full GC会对整个Heap进行一次GC，如果Full GC后还有无法给新创建的对象分配内存，或者无法移动那些需要进入老年代中的对象，那么JVM抛出OutOfMemoryError
垃圾收集算法和垃圾收集器
内容较多，篇幅有限不赘述了。建议看这片博文，很详细。注意不光要记住每种算法和不同的收集器，还要几种在新生代老年代分别用的是什么。
http://www.importnew.com/23035.html
参考文献
https://www.jianshu.com/p/314272e6d35b
http://www.importnew.com/23035.html
https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3784171.html
https://blog.csdn.net/anjoyandroid/article/details/78609971
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