垃圾收集（Garbage Collection）,简称GC，是Java语言一个成名特性，使它摆脱了C、C++那样手动管理内存的痛苦，提到垃圾收集，必然想到它是干什么的？简单来说，它是我们管理堆内存和方法区上的空间的好助手，要想对垃圾收集建立最基本的认识，最起码能够回答：

1 .垃圾收集什么时候发生？

2 .垃圾收集回收什么对象？

3 .垃圾回收时做了什么事情？

回答这些问题必须知道Java的垃圾回收是按代的垃圾回收机制。Java里面没有显示的注销内存的方式，有人可能说Java里面有finalize()方法，但是这个方法绝对不是C++中的析构函数，而且执行的时机也是不确定甚至是否执行也是未知的，也有可能使用System.gc()，但是这个方法会显著的影响系统性能，不建议过多使用。

首先简略的回答下上面的三个问题。1.一般发现空间不够或者其它时机会触发GC，GC又分为minor GC/full GC,下面会详细展开说。 2. Java回收那些从GC roots开始不可达的对象3. 主要做的就是停止线程，标记内存，有的会复制清理，有的会标记清理，取决于具体的垃圾回收算法。

上面只是一个粗浅的印象，下面来说说按代的垃圾回收机制。

按代的垃圾回收机制

我在浅析JVM内存分区中提到过Java堆分为新生代和老年代。

新生代（Young Gen）

新生代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象，大多数对象可谓是朝生夕死，GC的频率也比较高，总的来说它有3个空间。

1个Eden空间（伊甸园）
2个Survivor空间（幸存者）

对象保存在Eden和from survivor区，minor GC运行时，Eden中的幸存对象会被复制到to Survivor（同时对象年龄会增加1）。而from survivor区中的幸存对象会考虑对象年龄，如果年龄没达到阈值，对象依然复制到to survivor中。如果对象达到阈值那么将被移到老年代。复制阶段完成后，Eden和From幸存区中只保存死对象，可以视为清空。如果在复制过程中to幸存区被填满了，剩余的对象将被放到老年代。最后，From survivor和to survivor会调换一下名字，下次Minor GC时，To survivor变为From Survivor。

Eden空间和Survior空间的空间比例默认是8:1，通过参数-XX: SurvivorRatio=8来控制，也可以设置为别的值。

老年代（Old Gen）

对象没有变得不可达（后面会说到不可达即代表对象还保持使用），并且能够从新生代的多次GC中存活下来，就会被拷贝到老年代，其占用的空间也比新生代要多，所以老年代内发生GC的次数明显要少得多，老年代的GC事件一般是在空间已满时发生，执行的过程根据GC类型的不同而有所区别。老年代满时触发FullGC（Major GC），因为老年代中的对象比较“能活”，所以FullGC触发的频率较低。

具体来说，虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在Eden出生并且经历过一次minor GC仍然存活就会被转移到Survivor，这时候它的Age也增加1，对象在Survivor区每熬过一次minor GC，年龄就增加1，当增长到一定程度（默认15岁），就会晋升到老年代中，这个程度可以通过-XX: MaxTenuringThreshold设置。

当然按照年龄进入老年代也不是绝对的，虚拟机还支持动态年龄判定，**当Survivor空间中相同年龄所有对象大小的综合大于Survivor空间的一半，年龄大于等于该年龄的对象就可以直接进入老年代，无需等到MaxTenuringThreshold设置的年龄。**还有一个特例是一般大对象直接在老年代分配，避免大对象在各个区域间来回拷贝，造成性能损失，不过最好的方法是不要new过多的大对象。

永久代(Permanent Gen)

在很多地方我们还能看到永久代的说法，其实就是JVM内存分区里的方法区，HotSpot在1.7以前把方法区和堆放在一起做垃圾收集的，所以方法区又叫永久代。主要存放静态文件，如Java类、方法等。永久代对垃圾回收没有显著影响，但是现如今，例如Spring或者JSP都大量利用反射，动态代理，CGLib生成大量的Class，这时候我们需要设置一个比较大的永久代空间，防止方法区发生内存溢出。至于1.8已经使用Metaspace了。

上面说的是分代垃圾收集的思想，但是有个经常提到却还没有解答的问题，我们在每一次GC都会保留存活的对象，那么如何判断出哪些对象时存活的，哪些对象又是要清理的呢？这也是我们一开始提的问题中的一个，即垃圾收集回收什么对象？

对象判活算法

引用计数法

顾名思义，引用计数法就是在每一个对象上绑定一个计数器，当有一个地方引用该对象时，引用计数值就加1，引用失效时，计数值就会减1，当计数值为0时，说明对象不再被使用，这时候就可以看作无效对象了。就我所知C++的智能指针和Objective C中ARC都利用了引用计数，有关智能指针可以参考我的C++11 智能指针。

但是在Java虚拟机的实现中并没有采用引用计数法，其核心原因就是因为对象间的相互循环引用

class C{
  public Object x;
}
C obj1、obj2 = new C();
obj1.x = obj2;
obj2.x = obj1;
obj1、obj2 = null;

obj1和obj2相互持有对方的引用，所以GC收集器无法回收它们。

可达性分析算法

在主流的支持GC的语言中，都是通过可达性分析来判断对象是否存活的。算法思想就是通过一系列的GC Roots作为起始点，然后往下搜索，能够连接到GC Roots的，都证明还是活的，如果断链子了，则证明不可达，也就是对象不是存活的。

如图所示，蓝色的全部能够直接或者间接的链接到GC Roots，Obj6、Obj7、Obj8虽然彼此相连，但是无法链接到GC Roots，所以他们都是不可达的，将会被判定为可回收的。

那么哪些对象会成为GC Roots呢，可以分为以下几种：

虚拟机栈（栈帧的本地变量表）中引用的对象
方法区中类静态属性引用的对象
方法区中常量引用的对象
本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象

知道什么对象需要回收，上面也说了分代回收的思想，那么具体在回收的时候，内存是怎么做的呢？那就不得不整理一下Java垃圾回收的常见算法。

垃圾回收算法

标记清除算法

标记清除即Mark-Sweep，是一种最简单的收集算法。在经历过对象判活以后，我们把需要回收的对象标记出来，然后在统一时刻回收所有被标记的对象。如图所示：

黑色标记的可回收对象在回收后全部变成未使用空间，但是这样回收后有木有发现空间碎片很多，碎片太多就会导致再分配稍微大点的空间时，找不到这样的连续内存，从而导致GC会被频繁调用，所以标记清除是一种基础的垃圾收集算法，其它算法基本都是以它为基础优化产生。

复制算法

复制算法的思想就是把内存分为两块，每次只在一边分配内存，当一边的内存用完了，就把所有还存活的对象复制到另一半去，这时候把原来使用过的这一边的所有空间一次性清理掉，所以也就不存在内存碎片的问题了，基本思路如图：

其实前面提到的分代GC算法在新生代区域就用了复制算法，并且也没有分成1:1，而是8:1，也就是所谓的Eden区和survivor区，大多数对象都是“朝生夕死”的，所以在minorGC时，只把存活下来的对象全部复制到survivor区，具体的赋值过程前文中也提到过，在此不再复述。

标记整理算法

上面提到的赋值算法也有它的弱点，就是当对象存活率很高的时候，就会存在很多的复制操作，从而影响了效率。所以这种算法运用在老年代的话很明显不合适，于是又有了标记整理算法，这种算法的主要思路就是把活跃对象标记出来，之后再向内存的一侧移动，然后直接清理掉端边界以外的内存，具体思路如下：

因为老年代需要清理的对象比较少，所以这种移动也会比较少。

分代收集算法

分代收集算法是前面提到的算法的综合之作，当前的商业虚拟机的垃圾收集都采用分代收集，一般新生代采用复制算法，老年代采用“标记-清理”或者“标记-整理”。

知道这么所垃圾收集算法，它们的实现也是繁多的，这里介绍几种主流实现，很多都是屹立多年的经典垃圾收集器了，当然新的收集器一直不断的在被开发中。

垃圾收集器

目前看主流的垃圾收集器也就下面这些，其中Serial、ParNew、Parallel Scavenge主要应用在新生代，CMS、SerialOld、Parallel Old主要应用在老年代，而G1的回收范围是整个Java堆（包括新生代和老年代）。有连线的说明彼此之间可以结合使用。

Serial收集器（复制算法): 新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效；
Serial Old收集器 (标记-整理算法): 老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本；
ParNew收集器 (复制算法): 新生代收并行集器，实际上是Serial收集器的多线程版本，在多核CPU环境下有着比Serial更好的表现；
Parallel Scavenge收集器 (复制算法): 新生代并行收集器，追求高吞吐量，高效利用 CPU。吞吐量 = 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间)，高吞吐量可以高效率的利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，适合后台应用等对交互相应要求不高的场景；
Parallel Old收集器 (标记-整理算法)：老年代并行收集器，吞吐量优先，Parallel Scavenge收集器的老年代版本；
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器（标记-清除算法）：老年代并行收集器，以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，具有高并发、低停顿的特点，追求最短GC回收停顿时间。
G1(Garbage First)收集器 (标记-整理算法)： Java堆并行收集器，G1收集器是JDK1.7提供的一个新收集器，G1收集器基于“标记-整理”算法实现，也就是说不会产生内存碎片。此外，G1收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是：G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代，老年代)，而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。

有空再整理每个垃圾收集器具体的实现。