是先有垃圾回收器再有JVM呢，還是先有JVM再有垃圾回收器呢？或者是先有垃圾回收再有JVM呢？歷史上還真是垃圾回收更早面世，垃圾回收最早起源于1960年誕生的LISP語言，Java只是支持垃圾回收的其中一種。下面我們就來刨析刨析JVM的垃圾回收~

1. 判斷可回收對象

1.1 引用計數法

面試官：JVM為什么不采用引用計數法？

每個Java對象在引用計數法里都有一個引用計數器，引用失效則計數器 - 1，有新的引用則計數器 + 1，通過計數器的數值來判斷該對象是否是可回收對象。

大家看下這個例子，如果對象A和對象B沒有被任何對象引用，也沒有被任何線程訪問，這兩個對象按理應該被回收。但如果對象A的成員變量引用了對象B，對象B的成員變量引用了對象A，它們的引用計數器數值都不為0，通過引用計數法并不能將其視為垃圾對象。

    class A {B b = new B();}class B {A a = new A();}

就因為引用計數法很難解決對象之間相互循環引用的問題，所以目前JVM采用可達性分析算法來判斷Java對象是否是可回收對象。

1.2 可達性分析算法

面試官：那你講講可達性分析算法？

可達性分析顧名思義就是以某個起始點來判斷它是否可達，這個起始點稱為GC Roots。如果Java對象不能從GC Roots作為起始點往下搜索到，那該對象就被視為垃圾對象，即可回收對象。

可以作為GC Roots對象一共包括以下四種，這點也是面試官常問的：

1. 虛擬機棧中引用的對象。
2. 本地方法棧中引用的對象。
3. 方法區中類靜態屬性引用的對象。
4. 方法區中常量引用的對象。

2. 垃圾回收器

2.1 垃圾回收區域

面試官：垃圾回收器回收的是哪個區域？

JVM由五大區域組成：堆內存、方法區、程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧。先說結論，垃圾回收器回收的是堆內存和方法區兩大區域。

程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧的內存分配和回收都具備確定性，都是隨著線程銷毀而銷毀，因此不需要進行回收。

但在堆內存、方法區中，內存分配和回收都是動態的，我們只有在運行期間才能知道會創建哪些對象；另外這些垃圾對象不會自動銷毀，如果任由這兩部分區域的垃圾對象不管，勢必造成內存的浪費甚至有內存泄漏的可能。

垃圾回收器存在的意義就是通過自動檢測和回收這些垃圾對象，來減少內存泄漏的風險。

2.2 回收永久代

面試官：那永久代不會進行垃圾回收對吧？

雖然永久代的垃圾回收效率是比較低的，但永久代里的廢棄常量和無用的類仍然會被回收。

例如創建一個字符串常量name，該字符串會存在于常量池中。如果該字符串沒有任何String對象去引用它，當發生內存回收時有必要會清除該廢棄常量。

private static final String name = "JavaGetOffer";

2.3 垃圾回收器

面試官：你說說都有哪些垃圾回收器？

目前市面上共有七種垃圾回收器。

1. Serial是一個作用在新生代的單線程垃圾回收器。在垃圾回收期間系統的所有線程都會阻塞，因此垃圾回收效率也相對較高。

2. ParNew則是Serial的多線程版本。這也是第一款并發的垃圾回收器，相比Serial來說垃圾回收不需要阻塞所有線程，第一次實現了讓垃圾回收線程和用戶線程同時工作。

3. Serial Old是Serial的老年代版本。

4. Parallel Scavenge同樣是作用在新生代且是多線程，不過它的設計目標是達到一個可控制的吞吐量。

5. Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，我們可以把它和Parallel Scavenge搭配一起使用。

6. CMS是一種以最短停頓時間為目標的多線程收集器，下文我會介紹CMS實現最短停頓的原理。

7. G1收集器可以說是CMS的升級版。

我們可以根據業務實際情況來為各個年代搭配不同的垃圾回收器，以下的垃圾回收器如果有線連接，說明它們之間可以搭配使用。

2.4 CMS原理

面試官：你說的CMS為什么有較短的停頓？

CMS采用了標記-清除算法，整個運作過程分為了初始標記、并發標記、重新標記、并發清除四個階段。

其中初始標記、重新標記的停頓時間是比較短的，而耗時最長的并發標記、并發清除能夠和用戶線程一起并發工作不需要停頓，可以說CMS只需要造成初始標記、重新標記帶來的短時間停頓。

2.5 CMS的缺點

面試官：那它有什么缺點？

1. CMS是多線程的，在垃圾回收時會占用一部分線程，可能會使系統變得相對較慢。
2. CMS并發清理時用戶線程還在運行著，也就是說還會有新的垃圾不斷產生，這些垃圾被稱為浮動垃圾。因為浮動垃圾產生在標記階段后，很明顯CMS本次收集是無法處理這些浮動垃圾的，只能等到下一次GC回收。
3. CMS采用標記-清除算法，標記-清除算法的缺點是會產生空間碎片，有可能造成大對象找不到足夠的連續空間而發生OOM的情況。

2.6 G1垃圾回收器

面試官：你說G1是CMS的升級版，為什么？

G1垃圾回收器設計之初被賦予的使命是未來可以替換掉JDK1.5中發布的CMS垃圾回收器。所以大家可想而知，CMS垃圾回收器的優點G1垃圾回收器都有，另外G1垃圾回收器也避免了CMS的一些不足。

1. G1采用的垃圾回收算法是標記-整理算法，避免了CMS采用標記-清除可能產生的空間碎片。
2. 其他收集器在新生代、老年代分別采用不同收集器進行配合，而G1垃圾回收器可以不需要其他收集器配合就能獨立管理整個GC。

3. 垃圾回收算法

面試官：垃圾回收算法都有什么？

垃圾回收算法一共有四種，其中最基礎的垃圾回收算法是標記-清除算法，其他算法其實都是對標記-清除算法的優化而產生的，我們繼續往下看。

（1）標記-清除算法。

標記-清除算法顧名思義分為標記和清除兩個階段，首先標記出所有可回收的對象，標記完成后統一進行清除。但該算法有一個缺點，被標記和未標記的對象都是分散存儲在內存中的，當清除標記對象后會出現空間碎片的情況，如下圖：

（2）復制算法。

復制算法把內存劃分為容量相等的兩塊，每次只使用一塊，當這一塊內存不足時就將存活的對象復制到另一塊中，同時清除當前塊的內存空間。這種算法實現簡單且運行高效，也不會產生空間碎片的情況，因為新生代的GC是比較頻繁的，所以復制算法也廣泛用于新生代的垃圾回收。但缺點很明顯是浪費了50%的內存空間。

（3）標記-整理算法。

標記-整理算法是對標記-清除算法的優化。該算法在內存到達一定量后，會把所有已標記的垃圾對象都向一端里移動，然后以存活對象所在的一端為邊界，清除邊界內所有內存，避免了標記-清除算法可能產生的空間碎片。

（4）分代收集算法。

一般實際業務系統都是采用分代收集算法。分代顧名思義把JVM內存拆分，分為了新生代、老年代，對不同年代的垃圾回收采用不同的垃圾回收算法來確保回收效率。

大家可以看下自己公司的JDK使用了什么垃圾回收器，加深下對本篇的理解。

# 打印JVM啟動時的命令行標志
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

3.1 優化復制算法

面試官：復制算法可以怎么優化嗎？

復制算法把內存劃分為容量相等的兩塊，也就是按1：1分配內存，但這也浪費了50%空間。

可以把內存分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次只使用Eden空間和其中一塊Survivor空間，而另一塊Survivor空間用來保存回收時還存活的對象。這樣就只浪費了其中一塊Survivor空間的內存。

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未完待續。。。

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