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7. JVM的垃圾回收机制
1. 哪些内存需要回收
JVM的内存结构包括五大区域：程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆区、方法区。其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随线程而生、随线程而灭，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，就不需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或者线程结束时，内存自然就跟随着回收了。而Java堆区和方法区则不一样、不一样!(怎么不一样说的朗朗上口)，这部分内存的分配和回收是动态的，正是垃圾收集器所需关注的部分。
垃圾收集器在对堆区和方法区进行回收前，首先要确定这些区域的对象哪些可以被回收，哪些暂时还不能回收，这就要用到判断对象是否存活的算法！
2. 判断对象是否存活相关算法
（1）引用计数算法
算法分析
在这种方法中，堆中每个对象实例都有一个引用计数。当一个对象被创建时，就将该对象实例分配给一个变量，该变量计数设置为1。当任何其它变量被赋值为这个对象的引用时，计数加1（a = b,则b引用的对象实例的计数器+1），但当一个对象实例的某个引用超过了生命周期或者被设置为一个新值时，对象实例的引用计数器减1。任何引用计数器为0的对象实例可以被当作垃圾收集。当一个对象实例被垃圾收集时，它引用的任何对象实例的引用计数器减1。
优缺点
- 优点：引用计数收集器可以很快的执行，交织在程序运行中。对程序需要不被长时间打断的实时环境比较有利。
- 缺点：无法检测出循环引用。如父对象有一个对子对象的引用，子对象反过来引用父对象。这样，他们的引用计数永远不可能为0。
（2）可达性分析算法
算法分析
可达性分析算法是从离散数学中的图论引入的，程序把所有的引用关系看作一张图，从一个节点GC ROOT开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点，无用的节点将会被判定为是可回收的对象。
在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：
- 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）
- 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（Native方法）引用的对象
**现在问题来了，可达性分析算法会不会出现对象间循环引用问题呢？答案是肯定的，那就是不会出现对象间循环引用问题。**GC Root在对象图之外，是特别定义的“起点”，不可能被对象图内的对象所引用。
3. 对象死亡（被回收）前的最后一次挣扎
即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并非是“非死不可”，这时候它们暂时处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程。
- 第一次标记：如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记；
- 第二次标记：第一次标记后接着会进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行
finalize()方法。在finalize()方法中没有重新与引用链建立关联关系的，将被进行第二次标记。
第二次标记成功的对象将真的会被回收，如果对象在finalize()方法中重新与引用链建立了关联关系，那么将会逃离本次回收，继续存活。
4. Java引用
-
强引用
在程序代码中普遍存在的，类似
Object obj = new Object()这类引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。 -
软引用(SoftReference)
用来描述一些还有用但并非必须的对象。对于软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收后还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
-
弱引用
也是用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。在JDK 1.2之后，提供了
WeakReference类来实现弱引用。比如 threadlocal -
虚引用
也叫幽灵引用或幻影引用，是最弱的一种引用 关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。它的作用是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。。在JDK 1.2之后，提供了
PhantomReference类来实现虚引用。
5. 方法区如何判断是否需要回收
主要回收内容为：废弃常量和无用的类。对于废弃常量也可通过引用的可达性来判断，但是对于无用的类则需要同时满足下面3个条件：
- 该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例；
- 加载该类的
ClassLoader已经被回收；- 该类对应的
java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
6. 常见的垃圾收集算法
（1）引用计数法（同上）
（2）标记-清除算法（Mark-Sweep）
最基础的垃圾回收算法，最容易实现，思想也是最简单的。
分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。
标记阶段的任务是标记出所有需要被回收的对象，清除阶段就是回收被标记的对象所占用的空间。
缺点：容易造成内存碎片
标记-清除算法采用从根集合（GC Roots）进行扫描，对存活的对象进行标记，标记完毕后，再扫描整个空间中未被标记的对象，进行回收，如下图所示。
（3）复制算法（Copying）
为了解决Mark-Sweep算法的缺陷，Copying算法就被提了出来。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用的内存空间一次清理掉，这样一来就不容易出现内存碎片的问题。
缺点：内存空间的使用代价大，因为能够使用的内存缩减到原来的一半
Copying算法的效率跟存活对象的数目多少有很大关系，如果存活对象很多，那么Copying算法的效率将会大大降低。
（4）标记-整理算法（Mark-compact)
为了解决Copying算法的缺陷，充分利用内存空间，提出了Mark-Compact算法。
该算法标记阶段和Mark-Sweep一样，但是在完成标记之后，它不是直接清理可回收对象，而是将存活对象都向一端移动(美团面试题目，记住是完成标记之后，先不清理，先移动再清理回收对象)，然后再清理掉端边界以外的内存
（5）分代收集算法Generational Collection（分代收集）
分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。
它的核心思想是根据对象存活的生命周期将内存划分为若干个不同的区域。一般情况下将堆区划分为老年代（Tenured Generation）和新生代（Young Generation），在堆区之外还有一个代就是永久代（Permanet Generation）。老年代的特点是每次垃圾收集时只有少量对象需要被回收，而新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量的对象需要被回收，那么就可以根据不同代的特点采取最适合的收集算法。
- 新生代采用Copying算法
但是实际中并不是按照1：1的比例来划分新生代的空间的，一般来说是将新生代划分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间（一般为8:1:1），每次使用Eden空间和其中的一块Survivor空间，当进行回收时，将Eden和Survivor中还存活的对象复制到另一块Survivor空间中，然后清理掉Eden和刚才使用过的Survivor空间。
具体步骤
a) 所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。年轻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。
b) 新生代内存按照8:1:1的比例分为一个eden区和两个survivor(survivor0,survivor1)区。一个Eden区，两个 Survivor区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。回收时先将eden区存活对象复制到一个survivor0区，然后清空eden区，当这个survivor0区也存放满了时，则将eden区和survivor0区存活对象复制到另一个survivor1区，然后清空eden和这个survivor0区，此时survivor0区是空的，然后将survivor0区和survivor1区交换，即保持survivor1区为空(美团面试，问的太细，为啥保持survivor1为空，答案：为了让eden和survivor0 交换存活对象)， 如此往复。当Eden没有足够空间的时候就会 触发jvm发起一次Minor GC
c) 当survivor1区不足以存放 eden和survivor0的存活对象时，就将存活对象直接存放到老年代。若是老年代也满了就会触发一次Full GC(Major GC)，也就是新生代、老年代都进行回收。
d) 新生代发生的GC也叫做Minor GC，MinorGC发生频率比较高(不一定等Eden区满了才触发)。
- 老年代使用Mark-Compact算法
- 持久代（方法区）回收算法
7. 新生代和老年代的区别（阿里面试题）
- 针对分代收集算法来定义的，新生代又分为Eden和Survivor两个区
- 数据会首先分配到Eden区 当中（当然也有特殊情况，如果是大对象那么会直接放入到老年代（大对象是指需要大量连续内存空间的java对象）），当Eden没有足够空间的时候就会 触发jvm发起一次Minor GC
- 如果对象经过一次Minor GC还存活，并且又能被Survivor空间接受，那么将被移动到Survivor空 间当中。并将其年龄设为1，对象在Survivor每熬过一次Minor GC，年龄就加1，当年龄达到一定的程度（默认为15）时，就会被晋升到老年代 中了，当然晋升老年代的年龄是可以设置的。
- 如果老年代满了就执行：Full GC 因为不经常执行，因此采用了 Mark-Compact算法清理
- 其实新生代和老年代就是针对于对象做分区存储，更便于回收等等
