• 哪些內(nèi)存需要回收
• 什么時候回收
• 如何回收

如何判斷對象是否存活

可達(dá)性分析算法（Reachability Analysis）： 通過一系列"GC Roots"對象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始往下搜索炭菌，搜索過的路徑稱為引用鏈（Reference Chain）,當(dāng)任意一個對象到GC Roots沒有任何引用鏈相連時罪佳，則證明此對象不可用。

GC Roots對象包括以下幾種：

• 虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象
• 方法區(qū)中類靜態(tài)變量屬性引用的對象
• 方法區(qū)中常量引用的對象
• 本地方法棧中JNI（本地Native方法）引用的對象

引用包括：

• 強(qiáng)引用：Java代碼中類似Object obj = new Object()這類的引用黑低。只要有強(qiáng)引用在赘艳，垃圾收集器永遠(yuǎn)不會回收掉被引用的對象
• 軟引用：用來描述一些還有用但并非必要的對象。對于軟引用關(guān)聯(lián)著的對象克握，在系統(tǒng)發(fā)生內(nèi)存溢出之前蕾管，將會把這些對象列進(jìn)回收范圍之中進(jìn)行二次回收。如果這次回收還沒有足夠的內(nèi)存菩暗，才會拋出內(nèi)存溢出異常掰曾。
• 弱引用：比軟引用更弱一些，只能存活到垃圾收集活動發(fā)生之前停团。
• 虛引用：它是最弱的一種引用關(guān)系旷坦，它存在的目的就是能在這個對象被收集器回收時收到系統(tǒng)通知。

對象的死亡

在可達(dá)性分析算法中不可達(dá)的對象佑稠，至少要經(jīng)歷兩次標(biāo)記的過程秒梅，才確定是否被回收：

1、如果對象在可達(dá)性分析后發(fā)現(xiàn)沒有與GC Roots相連的引用鏈舌胶，那它將會被第一次標(biāo)記并進(jìn)行一次篩選捆蜀，篩選的條件是此對象是否有必要執(zhí)行finalize()方法。當(dāng)對象沒有覆蓋finalize()方法時辆琅，或者finalize()方法已經(jīng)被虛擬機(jī)調(diào)用過漱办，虛擬機(jī)將這兩種情況都視為“沒有必要執(zhí)行”。

2婉烟、如果對象有必要執(zhí)行finalize()方法娩井，那么這個對象將會被放在一個F—Queue隊(duì)列之中，虛擬機(jī)的finalizer線程會執(zhí)行它

3似袁、finalize()方法是對象逃脫死亡的最后一次機(jī)會洞辣，稍后GC將對F-Queue隊(duì)列中的對象進(jìn)行第二次小規(guī)模的標(biāo)記，如果對象成功在finalize()中拯救自己（建立與引用鏈的聯(lián)系）昙衅，那在第二次標(biāo)記時它將被移除出“即將回收”的集合扬霜；否則它就要被回收。

方法區(qū)的回收（永久代）

方法區(qū)垃圾收集的效率是比較低的而涉，收集的內(nèi)容主要有兩部分:廢棄的常量和無用的類

無用的類需要符合三個條件：

• 該類的所有實(shí)例都已經(jīng)被回收
• 加載該類的ClassLoader已經(jīng)被回收
• 該類對應(yīng)的java.lang.Class對象沒有在任何地方被引用著瓶，無法在任何地方通過反射訪問該類的方法

垃圾收集算法

標(biāo)記-清除算法

標(biāo)記-清除算法分兩階段：首先標(biāo)記所有需要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象

標(biāo)記-清除算法的不足：第一兩個過程的效率都不高啼县；第二會產(chǎn)生內(nèi)存碎片

復(fù)制算法

復(fù)制算法是把內(nèi)存分成相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊內(nèi)存用完了坛缕，就將還存活的對象復(fù)制到另外一塊內(nèi)存上，然后將當(dāng)前這塊內(nèi)存一次清理掉卷胯。

復(fù)制算法的好處就是實(shí)現(xiàn)簡單，效率高威酒，不足之處就是浪費(fèi)內(nèi)存空間窑睁。

如果對象的存活率較高，復(fù)制操作的效率會比較低葵孤，所以復(fù)制算法適合對象存活率較低的情況担钮。

現(xiàn)在商業(yè)虛擬機(jī)及HotSpot虛擬機(jī)都采用這種算法來回收新生代。新生代的內(nèi)存空間會分為Eden尤仍、From Survivor和To Survivor三塊裳朋，每次使用Eden空間和From Survivor空間。當(dāng)進(jìn)行回收時吓著，將Eden空間及From Survivor空間存活的對象復(fù)制到To Survivor,然后清理Eden和From Survivor空間。

標(biāo)記-整理算法

標(biāo)記-整理算法分兩階段：首先標(biāo)記需要回收的對象送挑，然后讓所有存活對象往一端移動绑莺，然后直接清理端邊界以外的內(nèi)存。

標(biāo)記-整理算法適合對象存活率較高的情況惕耕，并且不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片

分代收集算法(Generational Collection)

一般把Java堆分成新生代和老年代：

• 新生代的對象存活率較低纺裁，使用復(fù)制算法

• 老年代的對象存活率較高，使用“標(biāo)記-清除”或“標(biāo)記-整理”算法

HotSpot的算法實(shí)現(xiàn)

枚舉根節(jié)點(diǎn)

必須確彼九欤可達(dá)性分析執(zhí)行的效率：HotSpot虛擬機(jī)中使用一組OopMap（Ordinary Object Pointer）普通對象指針存放對象的引用欺缘。在類加載完成的時候，HotSpot就把對象內(nèi)什么偏移量是什么類型的數(shù)據(jù)計(jì)算出來挤安，在JIT編譯過程中谚殊，也會在特定的位置記錄下棧和寄存器中哪些位置是引用。

必須確备蛲可達(dá)性分析的執(zhí)行時在“一致性”的快照中進(jìn)行：在整個分析期間整個執(zhí)行系統(tǒng)看起來像被凍結(jié)在某個時間點(diǎn)上（Stop The World）嫩絮。

安全點(diǎn)（Safepoint）

安全點(diǎn)是HotSpot生成OopMap的位置，也是程序停下來GC的地方围肥。安全點(diǎn)的選定基本是以程序“是否具有讓程序長時間執(zhí)行的特征”為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行選定剿干，“長時間執(zhí)行”的最明顯特征就是指令序列復(fù)用，例如方法的調(diào)用穆刻、循環(huán)跳轉(zhuǎn)置尔、異常跳轉(zhuǎn)等。

如果在GC時讓所有的線程跑到安全點(diǎn)再停頓：

• 搶先式中斷：首先讓所有線程中斷氢伟，如果發(fā)現(xiàn)有線程中斷的地方不在安全點(diǎn)上榜轿，就恢復(fù)線程幽歼，讓它“跑”到安全點(diǎn)。目前基本沒有虛擬機(jī)才用這種方式
• 主動式中斷：當(dāng)GC需要中斷線程時差导，不直接對線程操作试躏，僅僅簡單地設(shè)置一個標(biāo)志，各個線程執(zhí)行時主動輪詢這個標(biāo)志设褐，發(fā)現(xiàn)中斷標(biāo)識為真時就自己中斷掛起颠蕴。輪詢標(biāo)志的地方和安全點(diǎn)是重合的，另外再加上創(chuàng)建對象需要分配內(nèi)存的地方助析。

安全區(qū)域（Safe Region）

安全區(qū)域是安全點(diǎn)的擴(kuò)展犀被，解決了程序在“不執(zhí)行”時候的GC安全問題：如果程序處在Sleep或Blocked的狀態(tài)，這個時候線程無法響應(yīng)JVM的中斷請求外冀，無法走到安全點(diǎn)寡键。

在線程執(zhí)行到Safe Region中的代碼時，首先標(biāo)識自己已經(jīng)進(jìn)入了Safe Region雪隧。這樣西轩，當(dāng)這段時間內(nèi)發(fā)生GC時，就不用管標(biāo)識自己為Safe Region狀態(tài)的線程了脑沿。在線程要離開Safe Region時藕畔，它要檢查系統(tǒng)是否已經(jīng)完成根節(jié)點(diǎn)枚舉（整個GC過程），如果完成庄拇，線程就繼續(xù)執(zhí)行將注服，否則它就必須等待直到收到可以安全離開Safe Region的信號為止。

垃圾收集器

• 并行（Parallel）：指多條垃圾收集線程并行工作措近，但此時用戶線程仍然處于等待情況
• 并發(fā)（Concurrent）：指用戶線程與垃圾收集線程同時執(zhí)行（但不一定并行溶弟，可能會交替執(zhí)行），用戶程序繼續(xù)瞭郑，而垃圾收集程序運(yùn)行于另外一個CPU上

Serail辜御、ParNew、Parallel Scavenge ： 復(fù)制算法

CMS：標(biāo)記-清除算法

Parallel Old屈张、Serial Old我抠、G1：標(biāo)記-整理算法

Serial 收集器

Seral 是一個單線程的收集器。它只會使用一個CPU或者一條收集線程去完成垃圾收集的工作袜茧，在它進(jìn)行垃圾收集時菜拓，必須暫停其他所有的工作線程。

多CPU的情況下笛厦，效率比較低纳鼎。但對于單CPU的情況下，因?yàn)槭菃尉€程，減少了線程之間的交互贱鄙，專注垃圾收集的工作劝贸，效率會比較高，適用于Client模式下的虛擬機(jī)逗宁。

ParNew 收集器

ParNew是Serial的多線程版映九。除了使用多條線程進(jìn)行垃圾收集之外，其余行為都和Serial一樣瞎颗。它默認(rèn)開啟的收集線程和CPU的數(shù)量相同件甥，在CPU非常多的情況下，可以通過參數(shù)-XX:ParallelGCThreads限制垃圾收集的線程數(shù)哼拔。ParNew是目前唯一能和CMS配合工作的收集器引有。

在單CPU的情況下，因?yàn)榇嬖诰€程交互的開銷倦逐，ParNew的性能不一定比Serial收集器的好譬正。不過在當(dāng)前CPU動輒4核的情況下，它是許多運(yùn)行在Server模式下的虛擬機(jī)中首選的新生代收集器檬姥。

使用-XX:UserConcMarkSweepGC或者-XX:UserParNewGC選項(xiàng)來指定

Parallel Scavenge 收集器

Parallel Scavenge 是一個并行的多線程收集器曾我，它的目標(biāo)是達(dá)到一個可控的吞吐量（Throughput），因此也被稱為“吞吐量優(yōu)先”收集器健民。

吞吐量就是CPU用于運(yùn)行用戶代碼的時間與CPU總消耗時間的比值您单，吞吐量=運(yùn)行用戶代碼時間/(運(yùn)行用戶代碼時間+垃圾收集時間)。

停頓時間越短就越適合需要與用戶交互的程序荞雏，良好的響應(yīng)速度能提升用戶的體驗(yàn)，而高吞吐量則可以高效地利用CPU時間平酿，盡快地完成程序的運(yùn)算任務(wù)凤优，主要適合后臺運(yùn)算而不需要太多交互的任務(wù)。

Parallel Scavenge收集器提供兩個參數(shù)用于精確控制吞吐量：

• -XX:MaxGCPauseMillis：最大的GC停頓時間蜈彼。允許一個大于0的毫秒數(shù)筑辨，收集器盡可能保證內(nèi)存回收花費(fèi)的時間不超過設(shè)定值。但這并不意味這個值越小越好幸逆，因?yàn)镚C停頓時間縮短是以犧牲吞吐量和新生代空間來換取的棍辕。因?yàn)槭占?00M的新生代肯定比收集500M的新生代快，原來10秒收集一次还绘，每次停頓100毫秒楚昭，現(xiàn)在5秒收集一次，每次停頓70毫米拍顷，停頓時間是下降了抚太，但吞吐量也降低了。
• -XX:GCTimeRatio：垃圾收集時間戰(zhàn)總時間的比率，相當(dāng)于是吞吐量的倒數(shù)尿贫。如果把此參數(shù)設(shè)置為19电媳，那允許的最大GC時間就占5%（1/(1+19)）,默認(rèn)值是99，就是允許最大1%（1/(1+99)）的垃圾收集時間庆亡。

GC自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略（GC Ergonomics）：-XX:UseAdaptiveSizePolicy 當(dāng)這個參數(shù)打開匾乓，就不需要手工指定新生代的大小（-Xmn）又谋、Eden與Survivor的比例（-XX:SurvivorRatio）拼缝、晉升老年代對象年齡（-XX:PretenureSizeThreshold）等細(xì)節(jié)參數(shù)，虛擬機(jī)會根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行情況收集性能監(jiān)控搂根，動態(tài)調(diào)整這些參數(shù)以提供最合適的停頓時間或者最大的吞吐量珍促。

Serial Old 收集器

Serial Old 是Serail收集器的老年代版本，適合于給Client模式下的虛擬機(jī)使用剩愧。如果在Server模式下：一種用途是在JDK1.5及之前的版本和Parallel Scavenge搭配使用猪叙；另一種用途就是作為CMS收集器的后備預(yù)案，在并發(fā)收集發(fā)生Concurrent Mode Failure時使用

Parallel Old 收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本仁卷，使用多線程和“標(biāo)記-整理”算法穴翩，在JDK1.6中才開始提供。

CMS（Concurrent Mark Sweep） 收集器

CMS 收集器是一種以獲取最短回收停頓時間為目標(biāo)的收集器锦积。目前大部分應(yīng)用在互聯(lián)網(wǎng)站或者B/S系統(tǒng)的服務(wù)端上芒帕，這類應(yīng)用尤其重視服務(wù)的響應(yīng)速度，希望系統(tǒng)的停頓時間最短丰介，以給用戶帶來較好的體驗(yàn)背蟆。

CMS收集器基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)，整個過程分為4步驟：

• 初始標(biāo)記（CMS inital mark） 需要“Stop The World”哮幢，僅僅就只是標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對象
• 并發(fā)標(biāo)記（CMS Concurrent mark） GC Roots枚舉階段
• 重新標(biāo)記（CMS remark） 需要“Stop The World”带膀，該階段是修正并發(fā)標(biāo)記期間因?yàn)橛脩艟€程繼續(xù)運(yùn)作導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動的那部分對象的標(biāo)記記錄
• 并發(fā)清除（CMS concurrent sweep）

CMS收集器提供了并發(fā)收集、低停頓等優(yōu)點(diǎn)橙垢，但也有很明顯的缺點(diǎn)：

1垛叨、CMS收集器對CPU資源敏感：CMS默認(rèn)啟動的回收線程數(shù)是（CPU數(shù)量+3）/4，也就是當(dāng)CPU在4個以上時柜某，并發(fā)回收時垃圾收集線程占不少于25%的CPU資源嗽元，并且隨著CPU數(shù)量的增加而降低。但如果CPU少于4個時（比如2個時）喂击，CMS對用戶程序的影響就會比較大剂癌。

2、CMS收集器無法處理浮動（Float Garbage）垃圾,可能出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”失敗導(dǎo)致發(fā)生另外一次Full GC翰绊。

• CMS在并發(fā)清理階段用戶線性還在運(yùn)行珍手，伴隨用戶線程的運(yùn)行自然就會有新的垃圾不斷產(chǎn)生，CMS無法在當(dāng)次處理這些垃圾，只能在下次GC時處理琳要，這些垃圾稱為“浮動垃圾”寡具。

• 由于用戶線程在GC的時候還在運(yùn)行，所以必須預(yù)留足夠的內(nèi)存空間給用戶線程稚补，當(dāng)預(yù)留的內(nèi)存空間無法滿足用戶線程時童叠，就會出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”失敗，CMS啟動后備方案：臨時啟動Serial Old進(jìn)行老年代的垃圾收集课幕，此時厦坛，停頓時間就會比較長。CMS收集器通過參數(shù)-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 來激活自己乍惊，JDK1.5默認(rèn)設(shè)置當(dāng)老年代使用68%觸發(fā)CMS收集器杜秸，JDK1.6中，此值為92%润绎。

3撬碟、CMS收集器采用“標(biāo)記-清除”算法，會產(chǎn)生大量的空間碎片莉撇。會導(dǎo)致老年代還有很多空間呢蛤，因?yàn)檎也坏阶銐虼蟮倪B續(xù)空間不得不進(jìn)行Full GC。

• -XX:UseCMSCompactAtFullCollection：開關(guān)參數(shù)棍郎，默認(rèn)是開啟其障，用于在CMS收集器頂不住需要進(jìn)行Full GC是開啟內(nèi)存碎片整理，這樣會導(dǎo)致停頓時間變長
• -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：這個參數(shù)用于設(shè)置執(zhí)行多少次不壓縮的Full GC后涂佃，跟著來一次帶壓縮的励翼。默認(rèn)為0，表示每次進(jìn)入Full GC時都進(jìn)行內(nèi)存碎片整理

G1 收集器

G1是一款面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器辜荠，它有以下幾個特點(diǎn)：

• 并行與并發(fā)：G1重復(fù)利用硬件資源優(yōu)勢汽抚，使用多個CPU核心來縮短Stop-The-World停頓時間
• 分代收集：分代的概念依然在G1中保留
• 空間整合：G1從整體上看采用了“標(biāo)記-整理”的算法，局部（連個Region）來看是基于復(fù)制算法侨拦，這樣保證了G1運(yùn)行期間不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片
• 可預(yù)測停頓：G1除了最求低停頓外，還能建立可預(yù)測的停頓模型辐宾。能讓使用明確指定在一個長度為M毫秒的時間片段內(nèi)狱从，消耗在垃圾收集上的時間不超過N毫秒。

G1收集器Java堆的布局：將整Java堆劃分多個大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region）,雖然還保留有新生代和老年代的概念叠纹，但新生代和老年代不再是物理隔離的了季研，他們都是一部分Region（不需要連續(xù)）的集合。

G1創(chuàng)建可預(yù)測的停頓時間模型：G1跟蹤各個Region里面的垃圾堆積的價值大杏臁（回收所獲得的空間大小及回收所需要時間的經(jīng)驗(yàn)值）与涡，在后臺維護(hù)一個優(yōu)先列表，每次根據(jù)允許的收集時間，優(yōu)先回收價值最大的Region驼卖，這也是Garbage-First名稱的來由氨肌。

G1如何避免全堆掃描：使用Remembered Set來避免全堆掃描。G1中的每個Region都有一個與之對應(yīng)的Remembered Set,虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)程序在對Reference類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作時酌畜，會產(chǎn)生一個Write Barrier暫停中斷寫操作怎囚，檢查Reference引用的對象是否處于不同的Region之中（在分代的例子中就是是否有老年代的對象引用了新生代的對象）。如果是桥胞，便通過CardTable把相關(guān)引用信息記錄到被引用對象所屬的Region的Remembered Set之中恳守。當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存回收時，在GC根節(jié)點(diǎn)的枚舉范圍假如Remembered Set即可贩虾。

G1收集器的回收步驟可分為以下步驟：

• 初始標(biāo)記（Initial Marking）：僅僅標(biāo)記GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對象催烘，并且修改TAMS（Next Top at Mark Start）的值，讓下一個階段用戶程序并發(fā)運(yùn)行時缎罢，能在正確的Region中創(chuàng)建新對象伊群，這個階段需要停頓用戶線程。

• 并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Marking）：從堆的GC RootS開始對堆的對象進(jìn)行可達(dá)性分析屁使，找出存活的對象在岂，這個階段用戶線程可并發(fā)執(zhí)行

• 最終標(biāo)記（Final Marking）：修正由于并發(fā)階段用戶線程執(zhí)行運(yùn)行導(dǎo)致標(biāo)志產(chǎn)生變動的那一部分標(biāo)記記錄。虛擬機(jī)將這段時間對象變化記錄在線程Remembered Set Logs里面蛮寂，最終標(biāo)記階段需要把Remembered Set Logs的數(shù)據(jù)合并到Remembered Set中蔽午。這階段需要停頓用戶線程，當(dāng)標(biāo)記線程可以并行執(zhí)行酬蹋。

• 篩選回收（Live Data Counting and Evacuating ）：首先對各個Region的回收價值和成本進(jìn)行排序及老，根據(jù)用戶所期望的GC停頓時間來指定回收計(jì)劃。

內(nèi)存的分配與回收策略

對象優(yōu)先在Eden分配

• 新生代GC(Minor GC)：指發(fā)生在新生代的垃圾收集動作范抓，因?yàn)镴ava對象大多數(shù)具備朝生夕滅的特征骄恶，所以Minor GC非常頻繁，一般回收速度也很快匕垫。
• 老年代（Major GC/Full GC）: 指發(fā)生在老年代的GC僧鲁，出現(xiàn)了Major GC，經(jīng)常會伴隨至少一次的Minor GC（Parallel Scavenge收集器例外）象泵，Major GC 一般比Minor GC慢10倍以上寞秃。

大對象直接進(jìn)入老年代

大對象：需要大量連續(xù)空間的Java對象，比如：長的字符串和數(shù)組偶惠。對大對象春寿，我們可以通過參數(shù)設(shè)置，讓它直接在老年代分配忽孽，從而避免頻繁的Minor GC绑改。

-XX:PretenureSizeThreshold：可以讓對象直接在老年代分配

長期存活的對象進(jìn)入老年代

對象年齡技術(shù)器：虛擬機(jī)給每個對象定義了一個對象年齡計(jì)數(shù)器谢床。如果對象在Eden出生并經(jīng)過第一次Minor GC后仍然存活，并且能被Survivor容納的話厘线，將被移動到Survivor空間识腿，并且對象的年齡設(shè)定為1。對象在Survivor區(qū)每熬過一次Minor GC皆的，年齡就增加1覆履。當(dāng)它的年齡增加到一定程度（默認(rèn)為15），就將會晉升到老年代费薄。對象晉升到老年代的閥值硝全，可以通過參數(shù)-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置。

動態(tài)對象年齡判斷

虛擬機(jī)并不是永遠(yuǎn)要求對象的年齡必須達(dá)到MaxTenuringThreshold才能晉升老年代楞抡。如果在Survivor空間中相同年齡的所有對象大小的總和大于Survivor空間的一半伟众，年齡大于或者等于該年齡的對象就可以直接進(jìn)入老年代。

空間分配擔(dān)保

在發(fā)生Minor GC之前召廷，虛擬機(jī)會先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代所有對象總空間凳厢，如果條件成立，那么Minor GC可以確保是安全的竞慢。如果不成立先紫，則虛擬機(jī)會查看HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許擔(dān)保失敗。如果允許筹煮，那么繼續(xù)檢查老年代最大可用連續(xù)空間是否大于歷次晉升老年代對象的平均大小遮精，如果大于，將嘗試進(jìn)行一次Minor GC败潦；如果小于本冲，或者HandlePromotionFailure設(shè)置不允許，需要進(jìn)行一次Full GC劫扒。

但是檬洞，在JDK1.6 Update24之后，規(guī)則變?yōu)橹灰夏甏倪B續(xù)空間大于新生代對象總大小或者歷次晉升的平均大小就會進(jìn)行Minor GC沟饥，否則將進(jìn)行Full GC添怔。

理解GC日志

打印GC日志：-XX：PrintGCDetails

GC日志 待補(bǔ)充……