学习JVM垃圾回收机制主要学习以下几点：哪些内存需要回收（判断对象可以回收）、什么时候回收(GC什么时候执行)、怎么回收（垃圾回收算法、垃圾回收器）、垃圾回收过程。
JVM GC回收哪些区域内的垃圾？
JVM GC只回收堆区和方法区内的对象，不回收虚拟机栈内的数据，栈内数据在超出作用域后会被JVM自动释放掉。
因为JVM GC回收堆区的对象，所以先了解学习一下堆内存的结构图：
堆内存分为年轻代（Young Generation）、老年代（Old Generation），年轻代和老年代所占空间比例默认是1:2。年轻代又分为Eden和Survivor区，Survivor区由FormSpace和ToSpace组成。Eden区占大容量，Survivor两个区占小容量，默认比例是8:1:1。From和To主要是为了解决内存碎片化。
JVM GC怎么判断对象可以回收？
- 对象没有引用。
- 作用域发生未捕获异常。
- 程序在作用域正常执行完毕。
- 程序执行了
System.exit()。 - 程序发生意外终止（被杀进程等）。
判断对象是否可以回收涉及到垃圾回收算法，后面我们会详情说明。
有些时候我们可以把相关的对象设置成null来试图显示的清除缓存，但是并不是设置null就一定被标记成可以回收，比如以下代码：
public static void testGC() {
ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
// 假设在这行发生GC， objA和objB是否能被回收？
System.gc();
}
把objA和objB设置null不会被标记成可以回收因为objA和objB循环依赖引用关系，但是System.gc();会执行Full GC回收。
将对象设置null至少没有什么坏处，但是System.gc();便不可取了，因为使用System.gc();的时候并不是马上执行GC操作，而是会等待一段时间，甚至不会执行，如果被执行会触发Full GC是非常影响性能的。
JVM GC什么时候执行？
Eden区空间不够储存对象的时候会执行Minro GC。升到老年代的对象大于老年代剩余的空间时执行Full GC,或者小于的时候被HandlePromotionFailure参数强制Full GC。JVM GC调优主要是减少Full GC的触发次数，可以通过设置参数NewRatio控制年轻代和老年代所占内存比例，通过设置参数MaxTenuringThreshold改变对象进入老年代的阙值。Full GC非常损耗性能，执行时间大概是Minro GC的10倍。
JVM GC按代的垃圾回收机制
年轻代：绝大多数新创建的对象都是被分配在年轻代（对象很大的话可能被分配在老年代），年轻代触发GC对象被回收的过程称之为Minor GC。
老年代：对象在年轻代周期存活了下来，会被拷贝到老年代，老年代触发GC对象被回收的过程称之为Full GC。
持久代：也被叫做方法区，用于保存类加载信息、常量、静态变量等，方法区不是用于储存老年代存活下来的对象，这个区域也可能发生GC，方法发生GC的过程被称为Major GC，方法区发生GC的条件非常苛刻，必须满足以下三个条件才会回收：
- 所有实例被回收。
- 加载该类的ClassLoader被回收。
- Class对象无法通过任务途径访问（包含反射）。
老年代如何解决引用年轻代对象问题？
老年代中存在一个card table，大小为512字节，用于存放所有老年代对象执行年轻代对象的引用，当针对年轻代执行GC的时候，只需查询一下card table来决定是否回收，而不同查询整个老年代。
垃圾回收过程
- 绝大数刚刚新建的对象都会储存在年轻代的Eden区。
- 当Eden区空间不足时就会执行GC，在执行第一次GC之后存活的对象就会移动到Survivor的From区。
- 此后每次Eden区执行GC，存活的对象都会被存放在From区。
- 当From区空间饱和时，在存活的对象就会被移动到to区，然后清空from区。
- 在以上步骤重复N次（N=MaxTenuringThreshold 年龄阙值默认15）依然存活的对象就会移到老年代，如果这个时候老年代没有空间了就会触发
Full GC，如果触发 Full GC之后空间还是不足就会抛出OOM异常。
JVM GC核心参数
-XX:NewRatio
–XX:SurvivorRatio
–XX:NewSize
–XX:MaxNewSize
-XX:NewRatio表示年轻代和老年代相对的比例，比如-XX:NewRatio=2表示老年代是年轻代的2被，老年代占堆的2/3，年轻代占1/3。
-XX:SurvivorRatio表示年轻代里面Eden区和Survivor区相比比例，比如-XX:SurvivorRatio=8表示Eden:From:To = 8:1:1。SurvivorRatio不能设置过大也不能设置过小，一般默认值即可。
-XX:NewSize表示年轻代的初始化大小。
-XX:MaxNewSize表示年轻代最大大小。
JVM GC算法
根搜索算法
程序把所有引用关系看作一棵树，从一个根节点GC ROOT开始寻找对应的引用节点，找到这个节点后继续寻找这个节点的引用节点，当所有节点寻找完毕之后，没有被引用的节点就是无用的节点。
上图红色就是无用的节点，可以被回收。
目前Java中可以作为GC ROOT的对象有：
- 虚拟机栈、本地方法栈中引用的对象，对象分别是本地变量表、Native对象。
- 方法区中静态变量、常量引用的对象。
标记-清除算法
标记-清除算法采用从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记，标记完毕之后再扫描整个空间中未被标记的对象进行回收。
标记-清除算法不需要进行对象的移动，并且仅对不存活的对象进行回收，在存活的对象比较多的情况下极为高效，但是由于标记-清除算法直接回收不存活的对象，没有对还存活的对象进行整理，所以会导致内存碎片化。
复制算法
复制算法将内存空间划分为两个区间，所有对象都只会分配在其中一个活动区间，而另外一个区间则是空闲的。
复制算法采用从根集合扫描，将存活的对象复制到空闲区间，当扫描完毕之后，会将活动区间一次性回收，此时原本的空闲区间变成了活动区间，下次GC的时候又重复此操作。复制算法在存活对象比较少的时候极为高效。
标记-整理算法
标记-整理算法采用标记-清除算法一样的方式进行对象的标记、回收，但是在回收不存活对象占用的空间后，会将所有存活的对象往左移动，并更新对应的指针，解决了内存碎片的问题。
JVM为了优化内存的回收，使用分代回收的方式，年轻代内存回收采用复制算法，老年代回收大多采用标记-整理算法。
垃圾回收器
年轻代回收器
Serial：
- 算法：复制算法
- 说明：简单高效的单核机器，Client模式下默认的年轻代收集器。
ParNew
- 算法：复制算法
- 说明：Serial的多线程版本，运行在Server模式下的JVM首选的新生代收集器。
Parallel Scavenge
- 算法：复制算法
- 说明：又被称为吞吐量优先收集器，和ParNew 收集器类似，目标在于达到可控制吞吐量。
老年代回收器
Serial Old
- 算法：标记-整理算法
- 说明：性能一般，单线程版本，在JDK1.5及之前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用，作为CMS收集器的后备预案。
Parallel Old
- 算法：标记-整理算法
- 说明：GC多线程并行，为了替代 Serial Old 与 Parallel Scavenge 配合使用。
CMS
- 算法：标记-清除算法
- 说明：对CPU资源敏感，停顿时间长。会产生内存碎片，可以通过参数开启碎片的合并整理。 基本已被 G1 取代。
年轻代、老年代共用回收器
G1
- 算法：标记-整理算法
- 说明：新的垃圾回收器，既可以回收新生代也可以回收老年代，适用于多核大内存机器、GC多线程并行执行，停顿低、高回收率。
