• 一、什么是垃圾
• 二、Java自动垃圾回收
• 三、垃圾回收算法
  • 1.垃圾标记阶段算法
    • 1.1 引用计数算法
    • 1.2 根可达算法
  • 2.对象的finalization机制
  • 3.垃圾回收阶段算法
    • 3.1 标记复制算法
    • 3.2 标记清除算法
    • 3.3 标记压缩算法
  • 4.分代收集思想
  • 5.System.gc()
  • 6.Stop The Word（stw）
• 四、垃圾回收器
  • 2.G1回收器

主要记录垃圾回收的知识，包括在Java程序中垃圾的定义，垃圾回收机制的运行，垃圾回收中各个阶段回收算法，引用技术算法，根可达算法，对象的finalization机制，标记复制算法，标记清除算法，标记压缩算法，分代收集思想，stw，CMS回收器，三色标记算法

一、什么是垃圾

当对象没有被任何引用指向的时候，就是垃圾。垃圾对象如果不回收，将会一直占用我们的内存空间，占用内存越来越多，可能会导致内存溢出，而且会产生内存碎片。早期的C++程序需要程序员手动的去清除垃圾，如果程序员忘记清除垃圾就会造成内存泄露

内存溢出：内存被不停的消耗，没有被回收，内存被消耗完，不够使用的情况

内存泄露：该回收的垃圾，但是没有被回收，当内存慢慢被消耗直至消耗完之后就会出现内存溢出

二、Java自动垃圾回收

Java应用的是自动的垃圾回收，程序员不需要再关注内存的清除，可以只需要关注业务代码，降低内存溢出的风险

自动垃圾回收但是也有担忧，如果过度依赖自动垃圾回收，就会降低程序员解决内存溢出或者内存泄露的能力，所以需要程序员对垃圾自动回收有深入了解

垃圾回收主要是针对堆与方法区，在堆里面主要包括新生代与老年代，垃圾回收会频繁回收新生代，较好回收老年代；方法区的回收是在发生Full GC的时候，方法区的回收也较少

三、垃圾回收算法

标记阶段

1.垃圾标记阶段算法

标记阶段的目的是为了判断对象是否存活，也就是判断是否还有引用指向对象

当GC进行垃圾回收的时候的，需要先判断对象是否存活，主要包括引用计数算法（没有使用）与根可达算法

1.1 引用计数算法

当对象被引用的时候，引用指向计数器增加；当一个对象的引用计数器的值是0的时候，就表明没有引用指向该对象，此时该对象就可以被回收；这种算法实现简单；但是这种算法无法解决循环引用的的问题，会导致内存泄露，这也是GC没有使用该算法进行垃圾标记的原因

循环引用：引用P指向对象A，对象A指向对象B，对象B指向对象C，对象C指向对象A，此时对象A的引用数是2，对象B和对象C的引用数是1；但是实际上对象ABC真正的引用都只有引用P，此时引用P指向改变（P指向A对象的引用断开），对象ABC就变成了垃圾（没有实际引用指向），但是他们的引用数不为0，GC就无法回收他们，此时就出现了内存泄露，这也是引用计数法的致命缺陷，参考下图进行理解：

1.2 根可达算法

这种算法可以避免循环引用，有效的避免内存泄露

GCRoots根集合：一组活跃的引用

根可达算法从GCRoots引用开始从上到下，去寻找对象，如果对象从根对象开始可以直接或者间接的被找到，那么这个对象就不是垃圾，否则这个对象就会被标记为垃圾，可参看下图理解：

可以被作为GCRoots的元素：

1. Java虚拟机栈中引用的对象
2. 本地方法栈引用的对象
3. 方法区中类静态属性引用的对象
4. 方法区中常量引用的对象
5. 所有被同步锁synchronized持有的对象
6. Java虚拟机内部引用的对象

   2.对象的finalization机制

   finalize()方法机制： 对象被销毁前GC会回调一次的方法，在Object中被定义，这个方法可以重写，但是子类不要去主动调用；主动调用的潜在风险较大，比如，让对象死而复生，GC的性能受到影响（方法里面出现死循环）

对象的状态： 当我们的对象没用任何引用指向的时候，此时对象就是垃圾，但是由于finalization机制的存在，此时的对象不会被立即回收，可能会死而复生；因此对象被分为了

三种状态： 可触及的（从GCRoots中可以到达），可复活的（对象已经被标记为垃圾，但是还未执行finalize方法），不可触及的（对象已经执行finalize方法已经执行，并且对象没有被复活）；只有在不可触及状态对象才会被回收

对象标记阶段的过程： 当对象在GCRoots引用链中无法到达，则此时对象会被第一次标记，此时是可复活状态；此时这个对象处于待执行finalizae方法的阶段，JVM会判断该对象是否有必要执行finalize方法，如果finalize方法已经执行过，那么此时这个对象状态会转为不可触及状态，也就是可以被GC立即回收；如果JVM判断该对象需要执行finalize方法，则去执行，执行完之后对象死而复生，则对象的状态变成可触及状态，不会被GC回收掉；如果执行之后，该对象没有死而复生，则对象的状态变成不可触及状态，会被GC立即回收掉

3.垃圾回收阶段算法

回收阶段

3.1 标记复制算法

将内存分为大小相等的两块内存（幸存者区域），将正在使用的区域的存活对象复制到未被使用的内存空间，然后将原来的内存空间清空，交换两块空间的角色；实现简单，运行高效，不会出现内存碎片，但是使用的内存空间较大，需要两倍的内存空间；适用于垃圾较多，存活对象少的场景，如新生代可以使用该算法；可参考下图理解：

3.2 标记清除算法

标记指得是通过可达性算法去标记垃圾对象与存活对象，清除指得是把需要清除的垃圾对象地址保存在空闲的地址列表里面。当下次新对象需要去加载的时候，回去地址列表寻找地址，判断地址的内存空间大小是否够用，如果够用则用新对象替换垃圾对象；容易理解，但是内存空间不连续，会产生内存碎片，效率低；可以参考下图理解：

3.3 标记压缩算法

复制算法一般在新生代中使用的较多，新生代中存活对象较少，需要移动对象少，效率高，不会产生内存碎片，但是对于老年代对象多不适合复制算法，因为移动的对象较多，不适合；所以在老年代的时候会使用标记清除算法，此时不会进行复制操作，但是会产生内存碎片。针对这个问题使用标记压缩算法，相当于给对象进行了标记清除操作后，又进行了内存碎片整理的操作；可参考下图理解：

标记压缩算法消除了标记清除算法中内存碎片的问题，但是移动对象的时候会产生新的问题，对象如果多，因为需要移动对象内存开销大，消耗时间

回收阶段三种算法的比较：

4.分代收集思想

新生代对象存活率低，需要频繁回收，标记复制算法效率高，适合新生代进行垃圾回收

老年代对象的生命周期较长，不需要频繁回收，使用标记清除或者标记压缩算法

5.System.gc()

这个方法是一个显示的触发Full GC方法，但是这个方法又会去调用Runtime.getRuntime().gc()方法，但是调用这个方法后不一定立即去执行。垃圾回收一般情况下是自动的，不需要去手动的回收

6.Stop The Word（stw）

当垃圾回收器回收线程标记的时候，会将所有的用户线程停止下来，保证在判定对象是否是垃圾时的准确性，性能好的垃圾回收器发生STW的次数少

四、垃圾回收器

JVM中有不同类型的垃圾回收器，可以根据使用场景选择对应的垃圾回收器

垃圾回收器根据线程的数量分为：

1. 单线程垃圾回收器（serial）：垃圾回收线程只有一个，适用于小型场景
2. 多线程垃圾回收器（parallel）：垃圾回收线程有多个，适用于处理垃圾较多场景

按照工作模式分为：

1. 独占式：垃圾回收线程工作时，用户线程会全部暂停
2. 并发式：垃圾回收线程的时候，用户线程不会全部暂停

按照内存工作区域分为：

1. 年轻代垃圾回收器
2. 老年代垃圾回收器

## 1.CMS回收器 并发标记清除回收器；在这个回收器之前垃圾回收器都是独占式的；首创了用户线程与垃圾回收线程并发执行；CMS追求的是低停顿（STW次数减少）

CMS进行了三次标记：初始标记，单线程独占标记对象；并发标记，垃圾回收线程和用户线程并发执行（用户线程不再暂停）；重新标记：使用多线程独占标记对象； 并发清除：垃圾回收线程与用户线程并发执行

优点：可以做到并发收集

缺点： 用户线程与垃圾收集线程并发执行，导致吞吐量降低；CMS无法清除浮动垃圾（因为用户线程与垃圾收集线程并发执行，第一次标记完垃圾对象，由于用户线程不停止，随时还会产生新的垃圾对象，无法处理，只能等到下次垃圾回收处理）；因为使用的是标记清除算法，所以会产生内存碎片

三色标记算法：

1. 黑：GCRoots的对象，表示已经被标记过，且该对象下的属性也被标记过了
2. 灰：已经被垃圾扫描器扫描过，但是其下属存在没有被标记过的对象
3. 白：没有被垃圾扫描器扫描过，标记为垃圾

三色标记法的执行过程：GCRoots的对象被标记为黑色；GCRoots直接下属对象被标记为灰色；遍历灰色对象的所有引用，灰色对象本身置为黑色，其直接下属对象置为灰色；重复上一步直至没有灰色对象为止；结束后，黑色对象存活，白色对象回收

这个过程正确执行的前提是没有其他线程改变对象间的引用关系，然而，并发标记的过程中，用户线程仍在运行，因此就会产生漏标和错标的情况

三色标记法会产生漏标与错标的现象

漏标： 存在对象ABC，对象A指向B，对象B指向对象C，此时发生第一次三色标记，A对象会被置为黑色，B对象会被置为灰色，C对象会被置为白色；此时A对象指向B对象的引用断开，那么对象B与C是垃圾，需要回收，但是此时B对象已经被标记为了灰色，当进行下一次三色标记的时候，B会变成黑色，C会变成灰色；再进行一次三色标记，C也会变成黑色；因为三色标记结束后黑色留下，所以BC对象会留下；但是在第一次三色标记的时候，BC已经是垃圾了，需要回收，造成漏标；可参考下图理解：

错标： 存在对象ABC，对象A指向B，对象B指向对象C，此时发生第一次三色标记，A对象会被置为黑色，B对象会被置为灰色，C对象会被置为白色；此时B对象指向C对象的引用断开，A对象指向C对象，此时实际是没有垃圾对象，但是C对象是白色的，并且已经和B对象断开链接；所以下一次三色标记的时候，B对象会变成黑色，但是A已经被扫描过了，不会被再次扫描，C对象之后会一直是白色；直至三色标记结束后，当做垃圾被回收，造成错标；可参考下图理解：

造成错标的条件有两个：

1. 灰色直线改白色对象引用断开（原始快照解决）
2. 黑色指向白色的引用建立（增量更新解决）

原始快照：当灰色对象指向白色对象的引用断开，此时建立关系连接；当三色标记结束后，以灰色为根再次进行三色标记

增量更新：当黑色指向白色的引用建立的时候，此时创建关系连接；当三色标记结束，以黑色为根，再次进行三色标记

原始快照和增量更新是对错标发生的两个条件分别进行了解决，所以判断是否是垃圾的时候，该对象在原始快照和增量更新进行后都必须保证是黑色，否则该对象是垃圾

2.G1回收器

Grade First回收器；它把堆内存空间分割为很多不相关的区域，G1跟踪每个区域中的垃圾，根据优先列表里面的优先级每次优先回收优先级高的区域