垃圾的定义：
从前面我们已经知道GC主要是回收Java堆中的对象，即此对象已经没有了价值，就是变成了“垃圾”，那么对象被判定为垃圾的标准是什么呢？——没有被其他对象引用。
判定对象是否是垃圾的算法:
引用计数算法：主要是判断对象的引用数量。
- 通过判断对象的引用数量来决定对象是否可以被回收
- 每个对象实例都有一个引用计数器，被引用则+1，完成引用则-1（局部变量的生命周期结束）
- 任何引用计数为0的对象实例都可以被当作垃圾收集
优点：执行效率高，程序执行受影响较小
缺点：无法检测出循环引用的情况，导致无法回收垃圾，从而引发内存泄漏
可达性分析算法：通过判断对象的引用链遍历（从GC Root开始）是否可达来决定对象是否可以被回收。
可作为GC Root的对象：
- 虚拟机栈中引用的对象（栈帧中的本地变量表）
- 方法区中的常量引用的对象
- 方法区中的类静态属性引用的对象
- 本地方法栈中JNI（Native方法）的引用对象
- 活跃线程的引用对象
回收垃圾的算法:
标记-清除算法（Mark and Sweep）
- 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记（可达性分析算法）
- 清除：对堆内存从头到尾进行线性遍历，回收不可达的对象内存
- 缺点：产生大量的碎片，使得无法给较大的对象分配内存。（下图中BE之间的产生的占用两个单位的不连续碎片）
复制算法（Copying）
- 分为对象面和空闲面
- 对象在对象面上创建
- 存活的对象被从对象面复制到空闲面
- 将对象面所有对象内存清除
优点：
- 解决了碎片化问题
- 顺序分配内存，简单高效
不足：
- 复制耗费时间，且要浪费一半的内存用作空闲面。
适用场景：适用于对象存活率低的场景（年轻代）
标记-整理算法（Compacting）
升级版的标记-清除算法（Mark and Sweep）
- 标记：从根集合进行扫描，对存活的对象进行标记
- 清除：移动所有存活的对象，且按照内存地址次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收。
优点：避免了内存的不连续行，防止出现大量内存碎片，不用浪费一半的内存（对比于复制算法）。
适用场景：适用于存活率高的场景（老年代）
标记分代收集算法（Generational Collector）
- 垃圾回收算法的组合拳
- 按照对象生命周期的不同划分区域以采用不同的垃圾回收算法
-
目的：用于提高JVM垃圾回收的效率
JDK1.8及以后堆中的划分如下：
GC的分类
- Minor GC：发生在年轻代（对象出生的地方，该区域的对象几乎都是“朝生夕灭”）中的GC动作，采用的收集算法是复制（需要复制的对象很少）。
- Full GC：主要对老年代（该区域的对象是“幸存”下来的对象，一般不会再轻易“死亡”）的回收，但同时包含了对年轻代的回收（即包含了Minor GC）。采用的收集算法是标记-清除和标记-整理。相比Minor GC慢，执行频率低。
年轻代(Young Generation)
尽可能快速地收集掉那些生命周期短的对象
- Eden（伊甸园）区：
1.正常情况对象刚被创建出来的时候在eden区，当eden区内存不足时会放到Survivor区，对象很大时会放入老年代。
2.发生Minor GC后有用对象年龄+1并被放入到Suvivor区
3.Eden默认占年轻代8的权重，Survivor区两空间分别占1 - 两个Survivor区（from、to）:发生
Minor GC后有用对象年龄+1，并将存活对象从From使用复制算法到To中，清空From空间，当对象年龄达到一定值后进入老年区（默认15）
老年代(Old Generation)：存放多次gc后存活的和一些比较大的对象
对象如何晋升到老年代
- 经历一定Minor GC次数后依然存活的对象
- Survivor区中存放不下的对象
- 新生成的大对象（-XX:+PretenuerSizeThreshold）
常用的调优参数
- -XX:SurvivorRatio:Eden和Survivor的比值，默认8:1:1
- -XX:NewRatio:老年代和年轻代内存的大小比例
- -XX:MAXTenuringThreshold:对象从年轻代晋升到老年代进过GC次数的最大阈值
触发Full GC的条件
- 老年代空间不足
- 永久代空间不足（JDK1.8之前）
- CMS GC时出现promotion failed，concurrent mode failure
- Minor GC晋升到老年代的平均大小大于老年代的剩余空间
- 调用System.gc()（仅是通知，不保证何时执行）
- 使用RMI来进行PRC或管理的JDK应用，每小时执行1此Full GC
常见的垃圾收集器
不同虚拟机所提供的垃圾收集器可能会有很大差别，这里讨论的是HotSpot，HotSpot虚拟机所包含的所有收集器如图:
- Serial收集器（-XX:+UseSerialGC( UseSerialOldGC
老年代),复制算法）
Serial收集器是最基本、发展历史最久的收集器，是一个采用复制算法的单线程的新生代收集器。
特点：
(1). 针对新生代；
(2). 采用复制算法；
(3). 单线程。 它的“单线程”意义：
a. 它只会使用一个CPU或一条线程去完成垃圾收集工作
b. 它进行垃圾收集时必须暂停其他线程的所有工作，直到它收集结束（STW，Stop The World）。
应用场景：
Serial收集器是虚拟机运行在Client模式下的默认新生代收集器
优点：
简单高效。对于单个CPU环境而言，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。
Serial/Serial Old收集器运行示意图：
-
ParNew收集器（-XX:+UseParNewGC(UseParallelOldGC)，复制算法）
ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，在可用控制参数、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器完全一样。是一个采用复制算法的并行多线程收集器，是一个新生代收集器。
特点：
(1). 与Serial收集器相同的特点：
a. 针对新生代；
b. 采用复制算法；
c. STW
(2). 主要特点：
多线程。使用多线程进行垃圾收集。
应用场景：
它是Server模式下的虚拟机首选的新生代收集器。但在单个CPU环境中，不会比Serail收集器有更好的效果，因为存在线程交互的开销。
ParNew/Serial Old收集器运行示意图：
Parrallel Scanvenge收集器（-xx:+UseParallelGC(UseParallelOldGC)，复制算法）
Parallel Scavenge收集器也是一个采用复制算法的并行多线程收集器，是一个新生代收集器。Parallel Scavenge收集器因为与吞吐量关系密切，也称为吞吐量收集器。
特点：
(1). 与ParNew收集器相同的特点：
a. 新生代收集器；
b. 采用复制算法；
c. 多线程收集；
(2). 主要特点：
Parallel Scavenge收集器的目标是达一个可控制的吞吐量，而CMS等收集器的关注点是尽可能地缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。
所谓吞吐量的意思就是CPU用于运行用户代码时间与CPU总消耗时间的比值，即吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间），虚拟机总运行100分钟，垃圾收集1分钟，那吞吐量就是99%。
应用场景：
1.高吞吐量为目标，即减少垃圾收集时间，让用户代码获得更长的运行时间。
2.当应用程序运行在具有多个CPU上，对暂停时间没有特别高的要求时，即程序主要在后台进行计算，而不需要与用户进行太多交互。例如，那些执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序
-
CMS收集器（-XX:+UseConcMarkSweepGC，标记-清除算法）
- 初始标记：stop-the-world
- 并发标记：并发追溯标记，程序不会停顿
- 并发预清理：查找执行并发标记阶段从年轻代晋升到老年代的对象
- 重新标记：暂停虚拟机，扫描CMS堆中的剩余对象
- 并发清理：清理垃圾对象，程序不会停顿
- 并发重置：重置CMS收集器的数据结构
Stop-the-World
- JVM由于要执行GC而停止应用程序的执行
- 任何一种GC算法中都会发生
- 多数GC优化通过减少Stop-the-world发生的时间来提高程序性能
Safepoint
- 分析过程中对象引用关系不会发生变化的点
- 产生Safepoint的地方：方法调用、循环跳转、异常跳转等
- 安全点数量要适中（太少会让GC等待太长的时间，太多增加了程序运行的负荷）
JVM的运行模式
- Server：重量级级启动，速度较慢，优化更多
- Client：轻量级启动，速度快
GC相关面试
Object的finalize（）方法的作用是否与C++的析构函数的作用相同？
- 与C++的析构函数不同，析构函数的调用时机（离开作用域）是确定的，而它是不确定的
- 将未被引用的对象放置于F-Queue队列
- 方法执行随时可能会被终止
- 给予对象最后一次重生的机会
代码实例：
public class Finalization {
public static Finalization finalization;
@Override
protected void finalize() {
System.out.println("Finalized");
finalization = this;
}
public static void main(String[] args) {
Finalization f = new Finalization();
System.out.println("First print: " + f);
f = null;
System.gc();
try { //休息一段时间，确保GC线程执行完成
Thread.currentThread().sleep(1000);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("Second print: " + f);
System.out.println(f.finalization);
}
}
输出：
First print: com.interview.javabasic.jvm.gc.Finalization@4554617c
Finalized
Second print: null
com.interview.javabasic.jvm.gc.Finalization@4554617c
Java中的强引用，软引用，弱引用，虚引用的作用？
强引用（Strong Reference)
- 最普遍的引用：Object ob = new Object()
- 抛出OutOfMemoryError终止程序也不会回收具有强引用的对象
- 通过将对象设置为null来弱化引用，使其被回收
软引用（Soft Reference）
对象处在有用当非必须的状态
只有当内存空间不足时，GC才会回收该引用的对象的内存
可以用来实现高速缓存
String str = new String("abc"); //强引用
SoftReference softRef = new SoftReference(str); //软引用
弱引用（Weak Reference）
非必须的对象，比软引用更弱一些，也可以用作缓存
只要GC就会被回收
被回收的概率也不大，因为GC线程优先级比较低
适用于引用偶尔被使用且不影响垃圾收集的对象
String str = new String("abc");
WeakReference weakRef = new WeakReference(str);
虚引用（PhantomReference）
不会决定对象的生命周期
任何时候都可能被GC
跟踪对象被GC的活动，起哨兵作用
必须和引用队列ReferenceQueue联合使用
String str = new String("abc");
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue();
PhantomReference ref = new PhantomReference(str, queue);
总结：
| 引用类型 | 垃圾回收时间 | 用途 | 生存时间 |
|---|---|---|---|
| 强引用 | 从来不会 | 对象的一般状态 | JVM停止运行时 |
| 软引用 | 在内存不足时 | 对象缓存 | 内存不足时终止 |
| 弱引用 | 在垃圾回收时 | 对象缓存 | gc运行后终止 |
| 虚引用 | Unknown | 标记、哨兵 | Unknown |
