一、起源

1960年Lisp語言： 第一門真正使用記憶體動態分配和垃圾回收的語言。

二、概要

• 線程相關：程式計數器、虛擬機棧、本地方法棧，不需要考慮垃圾回收
• Java堆、方法區：需要考慮垃圾回收

三、垃圾回收演算法

1 引用計數演算法

2 可達性分析演算法

垃圾收集演算法

1 標記-清除演算法

Mark-Sweep
最基礎的垃圾收集演算法

不足

1. 效率問題：標記和清除的過程效率不太高
2. 空間問題：標記清除之後產生大量的碎片，再分配較大的對象時，由於空間不足不得不再進行另一次GC操作。

2 複製演算法

Copying

• 半個區的記憶體回收後挪到另外半個區
• 只需要移動堆頂指針，按順序分配記憶體。

不足

每次都只能使用半個區的記憶體。

重點

現在的商業虛擬機都採用複製演算法回收新生代。
新生代98%的對象都是朝生夕死的，所以不需要1：1比例劃分記憶體空間。
分為一個Eden區，兩個survivor區
HotSpot預設記憶體 8：1 比例，只有10%記憶體被浪費。
Survivor區不夠用老年代。

3 標記-整理演算法

Mark-Compact

原理

如果複製演算法不想浪費50%的記憶體空間，就要有額外的空間擔保Survivor區。用來應對所有對象都存活的情況。
所以老年代不能用複製演算法。

流程

先標記，然後不直接清理，而是所有存活對象向一端移動。清理掉端邊界以外的記憶體。

四、分代收集演算法

Generational Collection

五、HotSpot 演算法實現

枚舉根節點

可達性分析

GC Root:全局性引用（常量、類靜態屬性）、執行上下文（棧幀的本地變數表）
GC停頓：分析工作必須在一個能確保一致性的快照中進行。所以GC時必須停頓所有Java線程。

準確式GC

不需要檢查所有的執行上下文和全局的引用位置。
HotSpot使用OopMap在類載入完成時，計算對象內什麼偏移量是什麼類型。JIT編譯過程中記錄棧和寄存器哪些位置是哪些引用。

安全點

不為所有指令都生成OopMap（占用空間大），只在特定的位置生成--安全點（Safe Point）

安全點選定標準

是否具有讓程式長時間執行的特征--指令復用，如方法調用、迴圈跳轉、異常跳轉。

所有線程都跑到安全點停頓（不包括JNI線程）

搶先式中斷(Preemptive Suspension)

- 線程先全部中斷，有不在安全點上的就恢復，跑到安全點上再中斷。
- 現在沒有虛擬機這麼實現。

主動式中斷(Voluntary Suspension)

- 設置一個標誌，在輪詢標誌的時候發現標誌是真就掛起。
- 輪詢標誌的位置：SafePoint；創建對象需要分配記憶體的位置。

安全區

背景

1. 沒有分配CPU時間的時候執行不到安全點。
2. 線程處於Sleep或Blocked狀態

原理

1. 一段代碼片段中，引用關係不會發生變化，在這個區域中的任意地方開始GC都是安全的。
2. 線程進入Safe Region時標識自己進入SafeRegion

六、垃圾收集器

新生代垃圾收集器

Serial

ParNew

Parallel Scavenge

老年代垃圾收集器

Serial Old

Parallel Old

CMS(Consurrent Mark Sweep)

G1(Garbage First)