垃圾回收

GC主要发生在堆和方法区中
方法区回收的内容主要是废弃的常量和无用的类
废弃的常量：一个常量没有被任何地方引用
无用的类：

1. 类的所有实例已被回收
2. 加载类的ClassLoader已被回收
3. 类对应的java.lang.Class对象没有被任何地方引用，无法在任何地方通过发射访问该类的方法

判断对象存活的算法

引用计数算法

给对象中增加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值+1，引用失效就-1，当引用计数器为0则表示不被使用，可以回收
特点：实现简单，高效但无法解决相互依赖引用的问题

可达性分析算法

以一系列GC Roots对象作为初始集合，将与该集合中有引用关系的对象纳入到该集合中，不在集合中的对象表示对象不可达，也即对象不可用，可以被回收

GC Roots可以理解成堆外指向堆内的引用 主要包括几种： 1.虚拟机栈中引用的对象 2.本地方法栈中引用的对象 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

java引用

java对象中reference类型的数据储存着时另外一块内存的起始地址，代表这是一个引用

强引用

形式类似”Object obj=new Object()”，只要强引用还存在，GC永远不会回收被引用的对象

软引用

在内存不足的情况下，也即在内存溢出之前会对软引用类型进行回收
场景：图片缓存，网页缓存，内存足够时缓存数据，从缓存读取，内存不足，清理缓存，防止内存浪费

弱引用

只能生存到下一次GC发生之前，无论内存是否充足都会被回收
场景：ThreadLocal

虚引用

无法通过引用取得一个对象实例，当引用对象被回收时收到一个系统通知

对象finalize方法

当一个对象被标记为可回收时，如果对象实例重写了finalize方法且没被执行过，则该对象就会被判定需要执行finalize方法，因此该对象会被放置到一个叫做”F-Queue”的队列中。该队列由低优先级的Finalizer线程去执行它。虚拟机会触发这个方法，但不承诺等待执行完成。

垃圾收集算法

主要包括标记-清除算法，复制算法以及标记-整理算法
虚拟机采用”分代收集”算法，把java堆分为新生代和老年代，根据不同的年代采用不同的算法进行收集。新生代有大量对象死亡，只有少量存活，可以选用复制算法，老年代存活率高，没有额外的空间进行担保，就必须使用”标记-清除”或者“标记-整理”算法

1.标记-清除算法

先标记后回收

不足：

1. 效率不高

2. 产生内存碎片

   2.复制算法

   内存容量划分为相等两块，每次只是用一块，当一块内存用完时，就将还存活的对象复制到另一块内存中，将已使用的内存空间清理。
   
   特点：

3. 实现高效

4. 没有内存碎片
5. 空间利用率很低

6. 如果复制的操作较多，效率也很低

   3.标记-整理算法

   先标记对象，将所有存活的对象向一端移动，然后清理掉边界以外的内存
   
   特点：

7. 不存在内存碎片问题

8. 适合老年代，不用进行分配担保

分配担保

另外一块的survivor区没有足够的空间存放上一次新生代收集下来存活的对象，这些对象将通过分配担保机制进入老年代

hotspot算法实现

枚举根节点

参考资料：

1. 面试官：GC是如何快速枚举根节点的？
2. 枚举根节点

   1.使用OopMap记录GC Roots节点，避免全局扫描

   在类加载时候进行计算，JIT阶段程序在处于安全点时进行记录

   在程序执行某些指令需要进行OopMap记录的特定位置称为安全点 工作线程只有都到达安全点才能停顿下来执行GC 安全点不能太少，导致GC等待时间过长 安全点不能太多，过分增加运行时负担

2.停留在安全点（正在执行的线程）

方案：

1. 抢断式中断

系统中断所有线程，发现不在安全点线程，恢复线程，让其“跑”到安全点再停止下来

1. 主动式中断

设置一个标志，让线程轮训是否需要中断线程，标志为真就中断线程，轮训判断的地方是安全点+分配内存时；
虚拟机底层会在轮训的地方增加test指令，需要暂停线程时，将test指令访问的内存页设置为不可读，线程执行到test指令会产生一个自陷异常信号，在预先注册的异常处理器中暂停线程实现等待

3.停留在安全区域（挂起的线程）

主要针对没有分配CPU时间的线程，如线程处于Sleep状态或者Blocked状态。这个时候线程无法响应JVM的中断请求。所以需要安全区域来解决
在这个区域内，不会发生引用关系的变化，线程执行到安全区域的代码时，首先标识自己进入安全区域，JVM发起GC时，进入安全区域的线程可以继续运行，当要离开安全区域时，需要检查系统是否完成了GC过程，已完成则继续执行，没有完全等待可以离开的信号之后才离开

垃圾收集器

https://www.cnblogs.com/blknemo/p/13329369.html

新生代收集器

包括Serial收集器，ParNew收集器和Parallel Scavenge收集器

Serial收集器

收集过程暂停所有工作线程，只使用单个线程执行收集工作
适合在client模式下使用，简单而高效

ParNew收集器

收集过程暂停所有工作线程，使用多线程进行收集工作
适用server模式，性能和CPU核数有关，可以和CMS搭配使用

Parallel Scavange收集器

多线程收集器，“吞吐量优先”收集器，可以达到一个可控的吞吐量
可以配置自适应的调节策略，用户无需指定eden区和surivor区的比例以及晋升老年代的年龄要求，通过收集性能监控信息进行动态调整参数

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）

老年代收集器

Serial Old收集器

单线程收集器，适合client模式下运行

Parallel Old收集器

Parallel Scavange收集器的老年代版本，与Parallel Scavange搭配使用下，适用于注重吞吐量和CPU资源敏感的场合

CMS收集器

CMS使用的是标记-清除算法，以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
执行过程分为以下4步：

1. 初始标记

需要STW，标记GC Roots直接关联的对象，速度快

1. 并发标记

GC Roots Tracing过程，耗时很长

1. 重新标记

需要STW，修正并发标记过程中变动的对象标记记录

1. 并发清除

特点：并发收集，低停顿
缺点：

1. 对CPU资源非常敏感，即较为占用CPU资源

2. 无法处理浮动垃圾

   并发清理过程用户线程还在执行，新产生的垃圾无法处理，也由于清理过程用户线程还在执行，需要预留空 间给用户线程使用，若预留的空间无法满足程序需要，会出现“Concurrent Mode Failure”失败，启用后备预案：临时启用Serial Old收集器进行老年代的垃圾收集

3. 产生内存碎片

G1收集器

参考资料：G1收集器详解
取消了新生代，老年代的物理物理划分，取而代之的是区域划分，将堆划分为若干大小相等的独立区域，在逻辑上还是划分Eden、Survivor、OLd，但是物理上他们不是连续的

运行过程

1.初始标记
2.并发标记
3.最终标记
4.筛选回收

记忆集与卡表

跨代引用：堆空间通常被划分为新生代和老年代。由于新生代的垃圾收集通常很频繁，如果老年代对象引用了新生代的对象，那么回收新生代的话，需要扫描所有从老年代到新生代的所有引用，所以要避免每次YGC时扫描整个老年代，减少开销。

记忆集（RSet，Remembered Set）：用来记录从其他Region中的对象到本Region的引用，是一种抽象的数据结构。每一个Region都设有一个RSet，有了这个数据结构，在回收某个Region的时候，就不必对整个堆内存的对象进行扫描了，它使得部分收集成为了可能。

对于年轻代的Region，它的RSet只保存了来自老年代的引用，这是因为年轻代的回收是针对所有年轻代Region的，没必要画蛇添足。所以说年轻代Region的RSet有可能是空的。

而对于老年代的Region来说，它的RSet也只会保存老年代对它的引用。这是因为老年代回收之前，会先对年轻代进行回收。这时，Eden区变空了，而在回收过程中会扫描Survivor分区，所以也没必要保存来自年轻代的引用。

RSet通常会占用很大的空间，大约5%或者更高（最高可能20%）。不仅仅是空间方面，很多计算开销也是比较大的。

RSet究竟是怎么辅助GC的呢？在做YGC的时候，只需要选定年轻代的RSet作为GC ROOTs，这些RSet记录了old->young的跨代引用，避免了扫描整个老年代。 而mixed gc的时候，老年代中记录了old->old的RSet，young->old的引用从Survivor区获取（老年代回收之前，会先对年轻代进行回收，存活的对象放在Survivor区），这样也不用扫描全部老年代，所以RSet的引入大大减少了GC的工作量。

内存分配与回收策略

1.对象优先在Eden分配

空间不足需要进行minor GC，依然不足，通过分配担保机制，对象放入老年代

2.大对象直接进入老年代

3.长期存活的对象进入老年代

1. 达到老年代年龄进入老年代
2. survivor空间相同年龄的对象占survivor空间一半以上，年龄大于等于该年龄的对象直接进入老年代

空间分配担保