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对垃圾回收过程和回收算法在垃圾回收中的应用，将会有一个全新的认识和理解
GC 相关的历史文章，《一个 Full GC 次数过多导致系统 CPU 100% 的案例排查》《Java GC 的基础知识》冯大师在架构师进阶之路写了一篇文章，通俗易懂地介绍了什么是 GC，受益匪浅，学习一下。
GC - 垃圾回收，是 Java 程序员长聊的话题，理解 JVM 垃圾回收的原理和过程，不但有助于写出高质量高性能的代码，也可以帮你在面试官面前侃侃而谈。
读完本文，对垃圾回收过程、以及回收算法在垃圾回收中的应用，将会有一个全新的认识和理解。
堆内存结构
我们以 Java 官方的 HotSpot JVM 为例，在描述 GC 过程前，先了解一下堆内存的结构。
JVM 将堆内存分为了三部分：新生代 (Young Generation)，老年代 (Old Generation)，永久代 (Permanent Generation)。其中新生代又分为三部分：伊甸园区 (Eden)，和两个幸存区 S0 和 S1。
注：JDK1.8 之后，Java 官方的 HotSpot JVM 去掉了永久代，取而代之的是元数据区 Metaspace。Metaspace 使用的是本地内存，而不是堆内存，也就是说在默认情况下 Metaspace 的大小只与本地内存的大小有关。因此 JDK1.8 之后，就见不到 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space 这种由于永久代空间不足导致的内存溢出的问题了。
垃圾回收全过程
新创建的对象会先被分配到到 Eden 区。JVM 刚启动时，Eden 区对象数量较少，两个 Survivor 区 S0、S1 几乎是空的。
随着时间的推移，Eden 区的对象越来越多。当 Eden 区放不下时 (占用空间达到容量阈值)，新生代就会发生垃圾回收，我们称之为 Minor GC 或者 Young GC。
发生 GC 时，第一步会通过可达性分析算法找到可达对象。如上图，蓝色为可达对象，其他紫色为不可达对象。第二步，被标示的可达对象会被转移到 S0(此时 S0 是 From Survivor)，此时存活对象年龄加 1，三个对象年龄都变为 1。第三步，清除 Eden 区所有对象。
GC 后各区域对象占用情况，如上图所示。
程序继续运行，Eden 区再次达到容量阈值时，会再次发生 GC。这时 S0(From Survivor) 已经有了对象。还是同样的步骤，通过可达性分析算法找到可达对象，然后再将 Eden 和 S0 中的可达对象转移到 S1(To Survivor)，各存活对象年龄加 1。最后将 Eden 和 S0 中的所有对象清除。
GC 后 S0 区域被清空。如上图所示。S0 和 S1 发生了互换，S1 变成了 From Survivor，S0 变成了 To Survivor。
注意，To Survivor 区永远都为空。这实际上是垃圾回收算法 - 复制算法在年轻代的实际应用。把年轻代分为 Eden，S0，S1 三个区域，每次垃圾回收时把可达对象复制到 S0 或 S1，然后再清除掉 Eden 和 (S1 或 S0) 中的所有对象。由于每次 GC 时，新生代的可达对象非常少(绝大部分对象要被回收掉)，一般不会超过新生代总体空间的 10%，所以搜寻可达对象以及复制对象的成本都会非常低。而且这种复制的方式还能避免产生堆内存碎片，提高内存利用率。很多年轻代垃圾收集器都采用复制算法，如 ParNew。
在程序运行过程中，新生代 GC 会反复发生，长寿对象会在 S0 和 S1 之间反复交换，年龄也会越来越大，当对象达到年龄上限时，会被晋升到老年代。这个年龄上限默认是 15，可以通过参数 - XX:MaxTenuringThreshold 设置。如下图，有些年轻代对象年龄达到了上限 15，被转移到了老年代。
其他晋升方式。新生代对象晋升到老年代，除了根据年龄正常晋升外。为了提高 JVM 的性能，JVM 设计者还考虑了其他晋升方式。
大对象直接晋升。大对象会跨过年轻代直接分配到老年代。可以通过 - XX:PretenureSizeThreshold 参数设置对象大小。如果参数被设置成 5MB，超过 5MB 的大对象会直接分配到老年代。这样做的目的，是为了避免大对象在 Eden 区及两个 Survivor 区之间大量的内存复制，大对象的内存复制耗时比普通对象要高很多。
注意：PretenureSizeThreshold 参数只对 Serial 和 ParNew 两种回收器有效。
动态对象年龄判定。如果在 Survivor 空间中相同年龄对象大小的总和大于 Survivor 空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象会直接进入老年代，而不用等到 MaxTenuringThreshold 中设置的年龄上限。上图，年龄为 1 的对象超过了 Survivor 空间的一半，所以这几个对象会直接进入老年代。
实际上，上面对动态对象年龄判定的描述并不精确。上图的场景也会导致相关对象晋升到老年代。年龄为 1 的对象加上年龄为 2 的对象超过了半数，这时包括年龄为 2 的对象以及年龄更大的对象都会被晋升到老年代。所以上图中年龄为 2 和 3 的对象都会被晋升到老年代。
老年代垃圾回收。随着年轻代对象的不断晋升，老年代的对象变得越来越多，达到容量阈值后老年代也会发生垃圾回收，我们称之为 Major GC 或者 Full GC，Full GC 并不是全局 GC，它只发生在老年代。
虽然年轻代和老年代都会发生 GC，但是每次 GC 的时间和成本却大不相同。由于老年代空间大小一般是年轻代的几倍，再加上老年代对象存活率很高，所以整个标记过程比较慢，GC 成本也非常高。我们经常说的 JVM 调优，主要是为了尽量减少老年代 Full GC 的时间和频次。
老年代垃圾回收器，很少使用复制算法，主要为了避免大量对象的内存复制带来的时间和空间上的开销，一般采用标记清除、标记整理算法，就地标记回收。例如，老年代垃圾收集器 CMS 就采用了标记清除算法。对于标记清除算法带来的内存碎片问题，CMS 提供了两个参数做碎片整理，-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 和 - XX:CMSFullGCsBeforeCompaction。
