本節為JVM垃圾收集的基礎理論，一個GC過程在邏輯上需要經過兩個步驟，即先判斷哪些對象是存活的、哪些對象是死亡的，然後對死亡的對象進行回收。 一、關於回收目標 在前面我們已經瞭解到，JVM的記憶體模型劃分為多個區域，由於不同區域的實現機制以及功能不同，那麼各自的回收目標也不同。一般來說，記憶體回收主要涉 ...
本節為JVM垃圾收集的基礎理論，一個GC過程在邏輯上需要經過兩個步驟，即先判斷哪些對象是存活的、哪些對象是死亡的，然後對死亡的對象進行回收。
一、關於回收目標
在前面我們已經瞭解到，JVM的記憶體模型劃分為多個區域，由於不同區域的實現機制以及功能不同，那麼各自的回收目標也不同。一般來說，記憶體回收主要涉及以下三個區域：- 虛擬機棧/本地方法棧：顧名思義，該部分記憶體以棧的形式作為實現，那麼在進棧、出棧的時候記憶體會自動釋放，類似於C的“自動變數區域記憶體”；
- 堆：記憶體回收主要目標，可以認為類似於C中的“動態記憶體分配區域”，只不過C通過malloc與free函數手動進行管理，而java通過GC進行自動管理；
- 方法區：該區域回收效果很弱，虛擬機規範強制要求在這裡進行回收。回收目標是常量池的回收和對類型的卸載；
二、方法區回收
方法區的回收目標是回收常量池中的廢棄常量與類卸載。2.1.常量回收
若常量池中的某常量沒有任何地方引用或者使用，包括該常量不以字面量的形式被使用或引用，則可以被回收。2.2.類卸載
滿足以下條件的類可以被卸載：- 該類所有實例已被回收；
- 該類的ClassLoader已被回收；
- 該類的類型信息，即java.lang.Class沒有任何地方引用（一般為反射使用）；
三、堆回收
3.1.對象存活判定
關於堆中的對象存活判定，以標記為基礎，並配合其他步驟完成。3.1.1.標記演算法
（1）引用計數法 即給對象添加一個引用計數器，每有一個地方進行引用，則計數器加1。當計數器為0的時候，表示該對象可回收。 引用計數法未被JVM採用，原因是其無法解決對象間迴圈引用的問題，如下圖所示，當堆內的兩個對象迴圈引用，就算他們已經沒用了，也無法進行回收：
- 棧上引用：虛擬機棧的棧幀中本地變數表內引用的對象；
- 棧上引用：本地方法棧中JNI引用的對象；
- 方法區：類靜態屬性引用的對象；
- 方法區：類常量引用的對象；
3.1.2.死亡判定
對象在經過標記之後，並不會馬上被回收，還要經過以下一系列階段才最終確定需要被回收：
- 一次標記：即通過標記演算法將對象標記為待回收狀態，併進入一個待回收對象集合；
- 篩選：對一次標記之後的待回收對象進行過濾，如果該對象覆蓋了finalize方法，並且該方法未執行過，則將該對象放入F-QUEUE；反之，對象沒有覆蓋finalize方法或者finalize方法已經被執行過了，該對象不會進行任何處理；
- F-QUEUE：一個隊列，JVM會通過一個Finalizer線程去執行這個隊列中對象的finalize方法，並且只保證該方法的執行，不保證該方法成功執行完成。因為若finalize方法有死迴圈，會造成FQUEUE後續未被執行對象的持續等待，導致整個記憶體回收系統崩潰。根據這個特點，對象可以在執行finalize方法時進行“自救”，所謂的自救，就是將對象重新與GC ROOTS相關聯；
- 二次標記：GC會對FQUEUE中的對象進行額外的一次標記，若對象“自救”成功，則會從待回收對象集合中移除；若對象“自救”失敗，它仍然會處於待回收對象集合中，等待真正被回收；
- 回收：對象通過垃圾收集進行回收，釋放記憶體空間；
3.2.垃圾收集演算法
在上一小節我們講了對象標記相關的演算法，本小節來瞭解一下垃圾收集演算法。3.2.1.標記-清除演算法
標記-清除（mark-sweep）演算法，是最基礎的垃圾收集演算法，它的思想比較簡單，就是在“對象存活判定”標記出需要回收的對象後，統一回收（清除）這些對象的記憶體。
3.2.2.複製演算法
複製演算法（copying）是對標記-清除演算法的改進，其主要思想是將記憶體劃分為不同的區域，包括“記憶體使用區”和“結果緩衝區”。每次只使用一部分記憶體，在該部分記憶體滿了之後，將仍然存活的對象複製到另外一塊區域上面，然後將之前使用過的記憶體區域全部清理掉，現代商業虛擬機都採用其回收新生代。 該演算法大大提高了回收效率，也可以避免記憶體碎片。然而帶來了新的問題：由於需要開闢一塊記憶體空間作為每次回收結果的緩衝，因此可用記憶體無法達到100%，“結果緩衝區”的大小決定了記憶體有效的比率。 如何設置結果緩衝區的記憶體大小（比例）？將其設置為50%最能確保每次回收都有足夠大小的緩衝區域存放回收結果，畢竟最差的情況就是所有對象都存活，然而記憶體浪費也太高了。根據IBM的研究，一般情況下，新生代中的對象98%都是“朝生夕死”的，也就是說，每次存活對象的比例並不會太高，我們只需要設置一小塊記憶體作為“回收結果緩衝”即可，他們提出的解決模型如下，將記憶體劃分為eden與2塊suvivor：
- eden：主存儲區，新對象的創建都在這塊區域；
- survivor：分為兩塊，一塊作為上次回收結果的“緩存”，一塊作為下一次回收的“緩存”區域；
3.2.3.標記-整理演算法
在上一小節我們知道複製演算法主要適合於新生代的回收，對於老年代這種對象存活率高的區域，因為每次都會複製大量對象，成本收益比較低，使用複製演算法明顯不合適；相反，標記-清除演算法更適合老年代的特征，為瞭解決標記-清除演算法的記憶體碎片問題，在此基礎上，優化為標記-整理演算法（mark-compact）。 標記-整理演算法主要思想是在標記對象後，將存活對象向記憶體的一端移動，然後清理掉端邊界以外的記憶體，所謂的整理也可以理解為壓縮。
3.2.4.總結
沒有哪一種垃圾收集演算法能夠適用於所有情況，對於不同的堆記憶體區域（新生代、老年代），需要根據實際的對象特征，選擇合適的演算法。| 演算法 | 優點 | 缺點 | 適用區域 |
| 複製 | 效率較高，無記憶體碎片問題 | 1.記憶體利用率達不到100%；2.需要分配擔保機制確保對象存活率較高時的記憶體分配； | 新生代（對象存活率低，複製成本低） |
| 標記-清除 | 簡單有效 | 1.效率不高；2.有記憶體碎片問題； | 老年代（對象存活率高，無額外空間進行分配擔保） |
| 標記-整理 | 標記-清除的改良，解決了記憶體碎片問題 | 1.同樣存在效率問題；2.整理過程需要額外的時間開銷； |
