一 GC做的事情
1 where/whice
堆和方法区
堆：想必都不难理解，存放所有对象，占用最大内存，也是GC主要工作的一块内存
方法区（也叫永久代）：主要回收 废弃常量和无用的类
回收废弃常量：与回收java堆中的对象非常类似。以常量池中字面量的回收为例，假如一个字符串“abc”已经进入了常量池中，但是当前系统没有任何一个String对象是叫做“abc”的，换句话说，就是没有任何String对象引用常量池中的“abc”常量，也没有其他地方引用了这个字面量，如果这时候发生内存回收，而且必要的话，这个“abc”常量就会被系统清理出常量池。
回收无用的类：
满足以下3个条件的类称之为无用类
1 该类所所有的对象实例已经被回收，也就是java堆中不存在该类的任何实例
2 加载该类的ClassLoader已经被回收
3 该类对应的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
在大量使用反射、动态代理、CGLib等ByteCode框架、动态生成JSP以及OSGI这类频繁自定义ClassLoader的场景都需要虚拟机具备类卸载的功能，以保证永久带不会溢出。
2 when? 内存不足的时候
3 how? 这是接下来主要讲解的点
二 判断对象的存活
1 引用计数法，判断对象的存活
引用计数法的概念：给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。
1.1 、使用者举例：
引用计数算法的实现简单，判定效率也高，大部分情况下是一个不错的算法。很多地方应用到它。例如：
微软公司的COM技术：Computer Object Model
使用ActionScript3的FlashPlayer
Python
1.2 缺陷
对象A=对象B
对象B=对象A
2个对象互相引用，形成一个孤岛，引用计数器数量都是1 ，永远不会被回收
2 根搜索算法（可达性分析）算法
它的处理方式就是，设立若干种根对象（GC root），当任何一个根对象到某一个对象均不可达时，则认为这个对象是可以被回收的。
如上图，Object5,Object6,Object7 均是根对象到达不了的对象，可以被回收
2.1 、哪些对象可以作为根（GC Roots）对象？
1. 栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。 2. 本地方法栈中JNI（一般说的Native方法）引用的对象。 3. 方法区中的静态成员。 static 修饰 4. 方法区中的常量引用的对象（全局变量） final修饰
总结：栈中引用对象，方法区中静态成员static对象，常量final对象
在现代虚拟机中，在根搜索算法的基础上，衍生出了很多种算法 继续往下看
三 标记-清除算法
1 原理
标记-清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础标记-清除算法将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。
标记阶段： 首先通过根节点，标记所有从根节点开始的可达对象。因此，未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象；
清除阶段：清除所有未被标记的对象。
2、标记-清除算法详解：
它的做法是当堆中的有效内存空间（available memory）被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被成为stop the world），然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。
- 标记：标记的过程其实就是，遍历所有的GC Roots，然后将所有GC Roots可达的对象标记为存活的对象。
- 清除：清除的过程将遍历堆中所有的对象，将没有标记的对象全部清除掉。
也就是说，就是当程序运行期间，若可以使用的内存被耗尽的时候，GC线程就会被触发并将程序暂停，随后将依旧存活的对象标记一遍，最终再将堆中所有没被标记的对象全部清除掉，接下来便让程序恢复运行。
上图代表的是程序运行期间所有对象的状态，它们的标志位全部是0（也就是未标记，以下默认0就是未标记，1为已标记），假设这会儿有效内存空间耗尽了，JVM将会停止应用程序的运行并开启GC线程，然后开始进行标记工作，按照根搜索算法，标记完以后，对象的状态如下图：
上图中可以看到，按照根搜索算法，所有从root对象可达的对象就被标记为了存活的对象，此时已经完成了第一阶段标记。接下来，就要执行第二阶段清除了，那么清除完以后，剩下的对象以及对象的状态如下图所示：
上图可以看到，没有被标记的对象将会回收清除掉，而被标记的对象将会留下，并且会将标记位重新归0。接下来就不用说了，唤醒停止的程序线程，让程序继续运行即可。
疑问：为什么非要停止程序的运行呢？(stop the world)
答：
这个其实也不难理解，假设我们的程序与GC线程是一起运行的，各位试想这样一种场景。
假设我们刚标记完图中最右边的那个对象，暂且记为A，结果此时在程序当中又new了一个新对象B，且A对象可以到达B对象。但是由于此时A对象已经标记结束，B对象此时的标记位依然是0，因为它错过了标记阶段。因此当接下来轮到清除阶段的时候，新对象B将会被苦逼的清除掉。如此一来，不难想象结果，GC线程将会导致程序无法正常工作。
上面的结果当然令人无法接受，我们刚new了一个对象，结果经过一次GC，忽然变成null了，这还怎么玩？
3、标记-清除算法的缺点：
1）首先，它的缺点就是效率比较低（递归与全堆对象遍历），导致stop the world的时间比较长，尤其对于交互式的应用程序来说简直是无法接受。试想一下，如果你玩一个网站，这个网站一个小时就挂五分钟，你还玩吗？
（2）第二点主要的缺点，则是这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，这点不难理解，我们的死亡对象都是随即的出现在内存的各个角落的，现在把它们清除之后，内存的布局自然会乱七八糟。而为了应付这一点，JVM就不得不维持一个内存的空闲列表，这又是一种开销。而且在分配数组对象的时候，寻找连续的内存空间会不太好找。
四 复制算法：（新生代的GC）
原理：将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，之后，
清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。
- 与标记-清除算法相比，复制算法是一种相对高效的回收方法
- 不适用于存活对象较多的场合，如老年代（复制算法适合做新生代的GC）
- 复制算法的最大的问题是：空间的浪费
复制算法使得每次都只对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，这个太要命了。
所以从以上描述不难看出，复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我们必须要克服50%内存的浪费。
现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，新生代中的对象98%都是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块比较大的Eden空间和两块较小的Survivor（Survivor1,Survivor2）空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。
HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1:1，也就是说，每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空间会被浪费
当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖于老年代进行分配担保，所以大对象直接进入老年代。整个过程如下图所示：
五 标记-整理算法：（老年代的GC）
引入：
如果在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选中这种复制算法。
原理：
标记-整理算法适合用于存活对象较多的场合，如老年代。它在标记-清除算法的基础上做了一些优化。和标记-清除算法一样，标记-压缩算法也首先需要从根节点开始，对所有可达对象做一次标记；但之后，它并不简单的清理未标记的对象，而是将所有的存活对象压缩到内存的一端；之后，清理边界外所有的空间。
- 标记：它的第一个阶段与标记/清除算法是一模一样的，均是遍历GC Roots，然后将存活的对象标记。
- 整理：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。因此，第二阶段才称为整理阶段。
上图中可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。
标记/整理算法不仅可以弥补标记/清除算法当中，内存区域分散的缺点，也消除了复制算法当中，内存减半的高额代价。
- 但是，标记/整理算法唯一的缺点就是效率也不高。
不仅要标记所有存活对象，还要整理所有存活对象的引用地址。从效率上来说，标记/整理算法要低于复制算法。
标记-清除算法、复制算法、标记整理算法的总结：
三个算法都基于根搜索算法去判断一个对象是否应该被回收，而支撑根搜索算法可以正常工作的理论依据，就是语法中变量作用域的相关内容。
因此，要想防止内存泄露，最根本的办法就是掌握好变量作用域，
在GC线程开启时，或者说GC过程开始时，它们都要暂停应用程序（stop the world） 其实本质就是GC-Roots可达性分析期间，必须stop the world
它们的区别如下：（>表示前者要优于后者，=表示两者效果一样）
（1）效率：复制算法>标记/整理算法>标记/清除算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）。
（2）内存整齐度：复制算法=标记/整理算法>标记/清除算法。
（3）内存利用率：标记/整理算法=标记/清除算法>复制算法。
注1：可以看到标记/清除算法是比较落后的算法了，但是后两种算法却是在此基础上建立的。
注2：时间与空间不可兼得。
六 分代收集算法：（新生代的GC+老年代的GC） 多种算法混合
当前商业虚拟机的GC都是采用的“分代收集算法”，这并不是什么新的思想，只是根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块儿。一般是把Java堆分为新生代和老年代：短命对象归为新生代，长命对象归为老年代。
- 少量对象存活，适合复制算法：在新生代中，每次GC时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成GC。
- 大量对象存活，适合用标记-清理/标记-整理：在老年代中，因为对象存活率高、没有额外空间对他进行分配担保，就必须使用“标记-清理”/“标记-整理”算法进行GC。
注：老年代的对象中，有一小部分是因为在新生代回收时，老年代做担保，进来的对象；绝大部分对象是因为很多次GC都没有被回收掉而进入老年代
七、可触及性：
所有的算法，需要能够识别一个垃圾对象，因此需要给出一个可触及性的定义。
可触及的：
从根节点可以触及到这个对象。
其实就是从根节点扫描，只要这个对象在引用链中，那就是可触及的。
可复活的：
一旦所有引用被释放，就是可复活状态
因为在finalize()中可能复活该对象
不可触及的：
在finalize()后，可能会进入不可触及状态
不可触及的对象不可能复活
要被回收。
finalize方法复活对象的代码举例：
复制代码 1 package test03; 2 3 /** 4 * Created by smyhvae on 2015/8/19. 5 */ 6 public class CanReliveObj { 7 public static CanReliveObj obj; 8 9 //当执行GC时，会执行finalize方法，并且只会执行一次 10 @Override 11 protected void finalize() throws Throwable { 12 super.finalize(); 13 System.out.println("CanReliveObj finalize called"); 14 obj = this; //当执行GC时，会执行finalize方法，然后这一行代码的作用是将null的object复活一下，然后变成了可触及性 15 } 16 17 @Override 18 public String toString() { 19 return "I am CanReliveObj"; 20 } 21 22 public static void main(String[] args) throws 23 InterruptedException { 24 obj = new CanReliveObj(); 25 obj = null; //可复活 26 System.out.println("第一次gc"); 27 System.gc(); 28 Thread.sleep(1000); 29 if (obj == null) { 30 System.out.println("obj 是 null"); 31 } else { 32 System.out.println("obj 可用"); 33 } 34 obj = null; //不可复活 35 System.out.println("第二次gc"); 36 System.gc(); 37 Thread.sleep(1000); 38 if (obj == null) { 39 System.out.println("obj 是 null"); 40 } else { 41 System.out.println("obj 可用"); 42 } 43 } 44 }
我们需要注意第14行的注释。一开始，我们在第25行将obj设置为null，然后执行一次GC，本以为obj会被回收掉，其实并没有，因为GC的时候会调用11行的finalize方法，然后obj在第14行被复活了。紧接着又在第34行设置obj设置为null，然后执行一次GC，此时obj就被回收掉了，因为finalize方法只会执行一次。
finalize方法的使用总结：
- 经验：避免使用finalize()，操作不慎可能导致错误。
- 优先级低，何时被调用，不确定
何时发生GC不确定，自然也就不知道finalize方法什么时候执行
- 如果要使用finalize去释放资源，我们可以使用try-catch-finally来替代它
八、Stop-The-World：
1、Stop-The-World概念：
Java中一种全局暂停的现象。
全局停顿，所有Java代码停止，native代码可以执行，但不能和JVM交互
多半情况下是由于GC引起。
少数情况下由其他情况下引起，如：Dump线程、死锁检查、堆Dump。
2、GC时为什么会有全局停顿？
（1）避免无法彻底清理干净
打个比方：类比在聚会，突然GC要过来打扫房间，聚会时很乱，又有新的垃圾产生，房间永远打扫不干净，只有让大家停止活动了，才能将房间打扫干净。
况且，如果没有全局停顿，会给GC线程造成很大的负担，GC算法的难度也会增加，GC很难去判断哪些是垃圾。
（2）GC的工作必须在一个能确保一致性的快照中进行，否则准确性无法保证
这里的一致性的意思是：在整个分析期间整个执行系统看起来就像被冻结在某个时间点上，不可以出现分析过程中对象引用关系还在不断变化的情况，该点不满足的话分析结果的准确性无法得到保证。
这点是导致GC进行时必须停顿所有Java执行线程的其中一个重要原因。
3、Stop-The-World的危害
长时间服务停止，没有响应（将用户正常工作的线程全部暂停掉）
遇到HA系统，可能引起主备切换，严重危害生产环境。
备注：HA：High Available, 高可用性集群。
比如上面的这主机和备机：现在是主机在工作，此时如果主机正在GC造成长时间停顿，那么备机就会监测到主机没有工作，于是备机开始工作了；但是主机不工作只是暂时的，当GC结束之后，主机又开始工作了，那么这样的话，主机和备机就同时工作了。主机和备机同时工作其实是非常危险的，很有可能会导致应用程序不一致、不能提供正常的服务等，进而影响生产环境。
九 Java引用的四种状态
强引用：
用的最广。我们平时写代码时，new一个Object存放在堆内存，然后用一个引用指向它，这就是强引用。
如果一个对象具有强引用，那垃圾回收器绝不会回收它。当内存空间不足，Java虚拟机宁愿抛出OutOfMemoryError错误，使程序异常终止，也不会靠随意回收具有强引用的对象来解决内存不足的问题。
软引用：（SoftReference）
如果一个对象只具有软引用，则内存空间足够时，垃圾回收器就不会回收它；如果内存空间不足了，就会回收这些对象的内存。（备注：如果内存不足，随时有可能被回收。）
只要垃圾回收器没有回收它，该对象就可以被程序使用。软引用可用来实现内存敏感的高速缓存。
弱引用： （WeakReference）
弱引用与软引用的区别在于：只具有弱引用的对象拥有更短暂的生命周期。
每次执行GC的时候，一旦发现了只具有弱引用的对象，不管当前内存空间足够与否，都会回收它的内存。不过，由于垃圾回收器是一个优先级很低的线程，因此不一定会很快发现那些只具有弱引用的对象。
虚引用：（PhantomReference）
“虚引用”顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收器回收。
虚引用主要用来跟踪对象被垃圾回收器回收的活动。
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