垃圾收集主要是针对堆和方法区进行。
程序计数器、虚拟机栈和本地方法栈这三个区域属于线程私有的，只存在于线程的生命周期内，线程结束之后也会消失，因此不需要对这三个区域进行垃圾回收。

判断一个对象是否可被回收

1、引用计数算法

2、可达性分析算法

在java语言里，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

  1. 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中的引用的对象。
  2. 方法区中的类静态属性引用的对象。
  3. 方法区中的常量引用的对象。
  4. 本地方法栈中JNI(即一般说的native方法)的引用的对象。

3、方法区的回收

4、finalize()

finalize() 类似 C++ 的析构函数，用来做关闭外部资源等工作。但是 try-finally 等方式可以做的更好，并且该方法运行代价高昂，不确定性大，无法保证各个对象的调用顺序，因此最好不要使用。
当一个对象可被回收时，如果需要执行该对象的 finalize() 方法，那么就有可能通过在该方法中让对象重新被引用，从而实现自救。自救只能进行一次，如果回收的对象之前调用了 finalize() 方法自救，后面回收时不会调用 finalize() 方法。

引用类型

无论是通过引用计算算法判断对象的引用数量，还是通过可达性分析算法判断对象是否可达，判定对象是否可被回收都与引用有关。

Java 具有四种强度不同的引用类型。

  1. 强引用
    被强引用关联的对象不会被回收。

    使用 new 一个新对象的方式来创建强引用。

    1
    Object obj = new Object();

  2. 软引用
    被软引用关联的对象只有在内存不够的情况下才会被回收。

    使用 SoftReference 类来创建软引用。

    1
    2
    3
    Object obj = new Object();
    SoftReference<Object> sf = new SoftReference<Object>(obj);
    obj = null;  // 使对象只被软引用关联

  3. 弱引用
    被弱引用关联的对象一定会被回收，也就是说它只能存活到下一次垃圾回收发生之前。

    使用 WeakReference 类来实现弱引用。

    1
    2
    3
    Object obj = new Object();
    WeakReference<Object> wf = new WeakReference<Object>(obj);
    obj = null;

  4. 虚引用
    又称为幽灵引用或者幻影引用。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用取得一个对象。
    为一个对象设置虚引用关联的唯一目的就是能在这个对象被回收时收到一个系统通知。

    使用 PhantomReference 来实现虚引用。

    1
    2
    3
    Object obj = new Object();
    PhantomReference<Object> pf = new PhantomReference<Object>(obj);
    obj = null;

垃圾回收算法

1、标记-清除

2、标记-整理

3、复制

4、分代收集

垃圾收集器


以上是 HotSpot 虚拟机中的 7 个垃圾收集器，连线表示垃圾收集器可以配合使用。

  • 单线程与多线程: 单线程指的是垃圾收集器只使用一个线程进行收集，而多线程使用多个线程；
  • 串行与并行: 串行指的是垃圾收集器与用户程序交替执行，这意味着在执行垃圾收集的时候需要停顿用户程序；并形指的是垃圾收集器和用户程序同时执行。除了 CMS 和 G1 之外，其它垃圾收集器都是以串行的方式执行。

G1

CMS

ZGC

ZGC（Z Garbage Collector）是一种低延迟的垃圾回收器，是 JDK 11 引入的一项垃圾回收技术。它主要针对大内存、多核心的应用场景，旨在减少垃圾回收带来的停顿时间。

内存分配与回收策略

Minor GC、Major GC、Full GC

JVM 在进行 GC 时，并非每次都对堆内存（新生代、老年代；方法区）区域一起回收的，大部分时候回收的都是指新生代。

针对 HotSpot VM 的实现，它里面的 GC 按照回收区域又分为两大类：部分收集（Partial GC），整堆收集（Full GC）

  • 部分收集
    不是完整收集整个 Java 堆的垃圾收集。
    其中又分为：
    • 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代的垃圾收集
    • 老年代收集（Major GC/Old GC）：只是老年代的垃圾收集
      • 目前，只有 CMS GC 会有单独收集老年代的行为
      • 很多时候 Major GC 会和 Full GC 混合使用，需要具体分辨是老年代回收还是整堆回收
    • 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集
      • 目前只有 G1 GC 会有这种行为
  • 整堆收集
    收集整个 Java 堆和方法区的垃圾

内存分配策略

  1. 对象优先在Eden分配
    大多数情况下，对象在新生代 Eden 区分配，当 Eden 区空间不够时，发起 Minor GC。
  2. 大对象直接进入老年代
    大对象是指需要连续内存空间的对象，最典型的大对象是那种很长的字符串以及数组。
    经常出现大对象会提前触发垃圾收集以获取足够的连续空间分配给大对象。
    -XX:PretenureSizeThreshold，大于此值的对象直接在老年代分配，避免在 Eden 区和 Survivor 区之间的大量内存复制。
  3. 长期存活的对象进入老年代
    为对象定义年龄计数器，对象在 Eden 出生并经过 Minor GC 依然存活，将移动到 Survivor 中，年龄就增加 1 岁，增加到一定年龄则移动到老年代中。
    -XX:MaxTenuringThreshold 用来定义年龄的阈值。
  4. 动态对象年龄判定
    虚拟机并不是永远地要求对象的年龄必须达到 MaxTenuringThreshold 才能晋升老年代，如果在 Survivor 中相同年龄所有对象大小的总和大于 Survivor 空间的一半，则年龄大于或等于该年龄的对象可以直接进入老年代，无需等到 MaxTenuringThreshold 中要求的年龄。
  5. 空间分配担保
    在发生 Minor GC 之前，虚拟机先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象总空间，如果条件成立的话，那么 Minor GC 可以确认是安全的。
    如果不成立的话虚拟机会查看 HandlePromotionFailure 设置值是否允许担保失败，如果允许那么就会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于，将尝试着进行一次 Minor GC；如果小于，或者 HandlePromotionFailure 设置不允许冒险，那么就要进行一次 Full GC。

Full GC的触发条件

对于 Minor GC，其触发条件非常简单，当 Eden 空间满时，就将触发一次 Minor GC。

而 Full GC 则相对复杂，有以下条件：

  1. 调用 System.gc()
    只是建议虚拟机执行 Full GC，但是虚拟机不一定真正去执行。
    不建议使用这种方式，而是让虚拟机管理内存。
  2. 老年代空间不足
    老年代空间不足的常见场景为前文所讲的大对象直接进入老年代、长期存活的对象进入老年代等。
    为了避免以上原因引起的 Full GC，应当尽量不要创建过大的对象以及数组。
    除此之外，可以通过 -Xmn 虚拟机参数调大新生代的大小，让对象尽量在新生代被回收掉，不进入老年代。
    还可以通过 -XX:MaxTenuringThreshold 调大对象进入老年代的年龄，让对象在新生代多存活一段时间。
  3. 空间分配担保失败
    使用复制算法的 Minor GC 需要老年代的内存空间作担保，如果担保失败会执行一次 Full GC。
  4. JDK 1.7 及以前的永久代空间不足
    在 JDK 1.7 及以前，HotSpot 虚拟机中的方法区是用永久代实现的，永久代中存放的为一些 Class 的信息、常量、静态变量等数据。
    当系统中要加载的类、反射的类和调用的方法较多时，永久代可能会被占满，在未配置为采用 CMS GC 的情况下也会执行 Full GC。如果经过 Full GC 仍然回收不了，那么虚拟机会抛出 java.lang.OutOfMemoryError。
    为避免以上原因引起的 Full GC，可采用的方法为增大永久代空间或转为使用 CMS GC。
  5. Concurrent Mode Failure
    执行 CMS GC 的过程中同时有对象要放入老年代，而此时老年代空间不足(可能是 GC 过程中浮动垃圾过多导致暂时性的空间不足)，便会报 Concurrent Mode Failure 错误，并触发 Full GC。