1. 引入
在C/C++中，程序员负责对象的创建和销毁。如果程序员忽略了无用对象的销毁，可能在某个时刻，程序因无法获得足够的内存来创建新对象造成程序异常终止，最终导致内存溢出错误。
但在Java中，程序员不需要关心那些不再使用的对象。垃圾回收器会销毁这些对象帮助我们管理内存。程序员将控制内存的权力交给了JVM，所以一旦出现内存泄漏、溢出方面的问题，如果不了解JVM内部工作机制，排查、修复问题将会是一项艰难的工作。所以，认识并深入理解JVM垃圾回收机制是很必要的。
在开启核心知识的学习之前，让我们先试着解答三个问题。
Q1: 什么是垃圾回收机制？
垃圾回收机制（Garbage Collection，GC）是Java程序执行自动内存管理的过程，主要是针对存放在堆内的对象进行管理。Java程序编译为字节码，可以在Java虚拟机（JVM）上运行。当Java程序在JVM上运行时，对象在堆上创建，堆是专门为程序分配的一部分内存。最终，一些对象将不再被需要。垃圾收集器找到这些未使用的对象并删除它们以释放内存。
Q2: 为什么垃圾回收只关注堆区域？
程序计数器，虚拟机栈，以及本地方法栈都是线程私有，随着线程生灭；针对栈而言，栈中的栈帧随着方法的进入和退出进行出入栈操作，每一个栈帧占用的内存基本在类结构确定下来就是已知的。
以上区域内存的分配和回收具备确定性，无需考虑回收问题，当方法/线程结束时，内存自然跟着回收。
针对于堆和方法区/元空间而言，只有在程序运行期间才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收是动态的，所以说，垃圾回收机制需要关心的只有堆和方法区/元空间。
方法区或元空间的垃圾收集主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类（主要是针对于类相关的变量/方法，也就是static修饰的）。《Java虚拟机规范》中提到过可以不要求虚拟机在方法区中实现垃圾收集，此区域进行垃圾收集的性价比一般比较低。
所以针对于垃圾回收机制，我们主要关心堆内存的垃圾回收。
Q3：什么时候进行垃圾回收？
回收的时机是由垃圾回收器（Garbage Collector）决定，垃圾回收器的具体策略和时机会根据不同的实现有差异。一般来说，以下几种情况会触发GC：
- 对象不再被引用：当一个对象不再被引用时，它就成为垃圾对象。垃圾回收器会周期性地扫描内存，找出这些不再被引用的对象，并将它们标记为可回收的。这是最常见的回收时机。
- 内存不足：当系统中的可用内存接近极限时，垃圾回收器会被触发来回收一些不再使用的对象，以释放内存空间。这种情况下的回收被称为压力驱动的回收。
- 程序的显式调用：某些情况下，程序可以显式调用垃圾回收器进行垃圾回收，如：在程序中使用
System.gc()可以建议垃圾回收器进行回收操作，但不能保证立即回收。 - 程序空闲时：当程序处于空闲状态时，即没有活动的线程在运行，垃圾回收器可以利用这段时间来回收内存。例如，在
Java中，当所有线程都处于等待状态或者没有活动时，垃圾回收器可能会被触发。
对上述三个基本问题有了大概了解，我们将开启对垃圾回收机制的学习。学习垃圾回收机制，主要是围绕三个核心问题进行展开：
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什么样的对象被认为是垃圾 ？
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如何判断一个对象是否为垃圾 ？
-
如何进行垃圾回收 ？
以上问题将会在以下三篇文章中做出解答：
- 《闯关JVM垃圾回收机制 -- 引入篇》 主要解答了什么样的对象被认为是垃圾；
- 《垃圾回收的“方法论” -- 垃圾回收算法》 主要介绍了常见的垃圾回收算法；
- 《垃圾回收的“实践者” -- 垃圾回收器》 主要介绍了几种经典的垃圾回收器。
对学习垃圾回收机制的整个框架有了大致了解，接下来就开启引入篇的学习。究竟什么样的对象被认定为垃圾呢？
2. 什么是垃圾？
2.1 定义
垃圾：不被引用的对象（运行过程中没有任何指针指向的对象）
2.2 引用的分类
在 JDK1.2 版之前对象只有被引用和未被引用之分，在此之后，Java对引用概念的进行了扩充，提供了四个级别的引用，按照引用强度依次排序为：
- 强引用（
Strong Reference） - 软引用（
Soft Reference） - 弱引用（
Weak Reference） - 虚引用（
Phantom Reference）
2.2.1 强引用（StrongReference）
强引用：通过new指令创建出来的对象都属于强引用类型，类似Object obj = new Object()这类的引用；即使在内存紧张的情况下，强引用对象不会被垃圾回收器回收，只有当强引用被显式解除时，对象才会被回收。
2.2.2 软引用（Soft Reference）
软引用：当内存不足时，垃圾回收器尽量保留软引用对象，只有在内存真正不足时才会回收。软引用通常用于实现内存敏感的高速缓存。在JDK1.2版本之后提供了java.lang.ref.SoftReference类来实现软引用。
2.2.3 弱引用（Weak Reference）
弱引用：用来描述非必需对象的，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，无论内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。当对象只被弱引用引用时，垃圾回收器可以在下一次回收时将其回收。弱引用通常用于实现缓存、观察者模式等场景。在 JDK1.2 版之后提供了 java.lang.ref.WeakReference 类来实现弱引用
2.2.4 虚引用（Phantom Reference）
虚引用：也称为幽灵引用或者幻影引用，是最弱的一种引用关系。主要作用是跟踪对象被垃圾回收的状态，无法通过虚引用来获取对象实例。虚引用通常用于管理直接内存。在 JDK1.2 版之后提供了 java.lang.ref.PhantomReference 类来实现虚引用。
3. 如何判断一个对象是否为垃圾？
回收垃圾前一定要先找到垃圾，并将其标记（给已死的对象打上记号，方便GC），那么如何判断一个对象是否该标记，或者说如何判断一个对象是否为垃圾呢？
3.1 引用计数法(Reference Counting)
给对象添加一个引用计数器，对象被引用计数器的值 加1，不被引用计数器的值减1；任何时刻计数器为0的对象就被认为是不可能再使用的。
- 优势：实现简单，判断效率高，回收没有延迟性。
- 劣势：
- 需要额外存储计数器；
- 运行期间需要维护计数器，带来额外开销；
- 存在循环引用（如：AB相互引用）的问题。
3.2 可达性分析算法（Reachability Analysis）
3.2.1 基本思路
通过一系列称为
GC Roots的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过程所走过的路径称为引用链（Reference Chain），如果某个对象到 GC Roots 间没有任何引用链相连，或者用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达时，则证明此对象是不可能再被使用的。
总结：定义一个存放的都是活跃引用的GC Root集合，集合中存放的内容经过特殊筛选；算法思想就是：从GCRoot集合出发，所有可达的对象都是存活的对象，不可达的对象都是垃圾。
3.2.2 如何理解对象可达？
对象可达：双方存在直接或者间接的引用关系，根可达或GC Roots可达就是指：对象到GC Roots存在直接或间接的引用关系。
3.2.3 GC Roots是什么？
垃圾回收时，JVM要先找到所有的GC Roots，这个过程称作枚举根节点。GC Roots是一种特殊的对象，而且是JVM确定当前绝对不能被回收的对象，只有找到这种对象，后面的搜寻过程才有意义，不能被回收的对象所依赖的其他对象肯定也不能回收。
哪些对象可以成为GC Roots呢？
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在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，如：各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。
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在方法区中类静态属性引用的对象，如：
Java类的引用类型静态变量。 -
在方法区中常量引用的对象，如：字符串常量池（
String Table）里的引用。 -
在本地方法栈中
JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。 -
Java虚拟机内部的引用，如：基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。 -
所有被同步锁（
synchronized关键字）持有的对象。
除了这些固定的 GC Roots 集合以外，根据用户所选用的垃圾收集器以及当前回收的内存区域不同，还可以有其他对象临时性地加入，共同构成完整 GC Roots集合
3.3 两次标记过程
对象被回收之前/标记之后，该对象的finalize()方法会被调用，finalize()方法主要是执行一些清理工作，例如关闭文件、释放资源等。
被标记的对象在执行finalize()后，可能会出现的一种情况：被标记的对象重新与引用链上某一个对象建立关联，但该对象已经被标记为垃圾，所以可能会造成标记了不该回收的对象这种情况。
针对上述情景，JVM提供了两次标记过程，通过两次检验来以避免上述问题的发生。
- 第一次标记：可达性分析后标记不在引用链中的对象；
- 第二次标记：判断该对象有没有实现
finalize()方法，如果没有实现就直接判断这个对象可回收。如果实现了就会先放在一个队列中，并由虚拟机建立的一个低优先级的线程去执行它，随后就会进行第二次的小规模标记，在这次被标记的对象就会真正的被回收了。
