Java堆內存結構

java堆內存是垃圾回收器管理的主要區域，也被稱為GC堆。

為了方便垃圾回收，堆內存被分為新生代、老年代和永久代。

新創建的對象的內存會在新生代中分配，達到一定存活時長后會移入老年代，而永久代存儲的是類的元數據，在JDK1.8之后永久代被元空間取代，元空間不再位于堆內存中，而是位于本地內存，它們都是方法區的實現。

如何判斷一個對象是垃圾呢？

堆中幾乎存放了所有的對象實例，對堆進行垃圾回收首先是去判斷哪些對象是垃圾。

引用計數法

在對象的對象頭中會維護一個引用計數器，每有一個地方引用它，計數器就會加1，當斷開引用了就會減1，當計數器的值為0時，說明這個對象是個垃圾。

這種方法簡單，效率高，但是會有循環引用的問題。如果一個a對象和b對象之間互相引用，除此之外沒有任何引用，那么ab對象的引用計數器的值都為1，就得不到釋放。

可達性分析算法

以GC Roots對象為起點，向下搜索，節點走過的路勁成為引用鏈，如果一個對象沒有引用鏈可以到達GC Roots對象，那么這個對象就是垃圾。

哪些對象是GC Roots對象？

• 虛擬機棧中(棧幀中局部變量表)引用的對象
• 本地方法棧中引用的對象
• 方法區中的靜態變量和常量引用的對象
• 同步鎖持有的對象

引用的類型

判斷對象是否是垃圾還與引用的類型有關。

強引用：當我們去new對象的時候，創建的引用就是強引用，如果一個對象具有強引用，垃圾回收器寧愿拋出OOM錯誤也不會回收這個對象。

軟飲用：如果內存充足就不回收，內存不足就會被回收。

弱引用：不管內存充不充足都會被回收。

虛引用："虛引用"顧名思義，就是形同虛設，與其他幾種引用都不同，虛引用并不會決定對象的生命周期。如果一個對象僅持有虛引用，那么它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被垃圾回收。

垃圾回收算法

標記-清除算法

通過可達性分析算法找到存活對象，也就是在GC Roots引用鏈上的對象，標記它們，然后清除未標記的對象。

這種算法的效率較高，而且垃圾回收后有太多內存碎片，如果是數組這種需要連續內存的對象，可能找不到內存空間。

標記-整理算法

找到存活的對象，標記它們，并讓它們向同一端移動，然后清除端邊界之外的內存。

這種算法解決了內存碎片化的問題，但由于要整理，所以效率不高，適合老年代這種垃圾回收頻率不高的場景。

標記-復制算法

標記-復制算法將內存分為相同的兩塊，只使用其中一塊內存，當那一塊內存使用完之后，找到存活的對象，標記它們，然后把它們移到另一塊內存上，再把之前使用的那塊內存全部清除掉。

這種算法效率較高，而且內存沒有碎片化，但是內存使用率太低，只有一半。

分代收集算法

通過對象存活時間的不同將內存分為了新生代和老年代。

其中新生代又分為伊甸園區(eden)，幸存者區(S0、S1)。

新創建的對象會被分配到eden區，當eden區內存不足時，會采用標記-復制算法將eden區和
s0區(第一次復制沒有對象)的存活對象復制到s1區，然后清除eden區和s0區的內存。之后又創建對象，當eden又滿了之后就把eden區和s1區的存活對象復制到s0區，清除eden區和s1區的內存。由此循環，如果存活對象多次都沒有被回收，會移到老年代中。

為什么要分代收集？為什么堆要被分為新生代和老年代？
因為這樣可以根據各個年代的特點選擇不同的垃圾回收算法，新生代的對象存活率低，就可以選擇標記-復制算法，復制少量存活對象就可以完成垃圾回收；而老年代對象存活率高，不適合復制算法，采用標記-清除或者標記-整理算法。

什么是Minor GC、Full GC？
當進行垃圾回收的時候，會暫停所有線程去完成垃圾回收。
Minor GC ：發生在新生代的垃圾回收，當eden區滿了會觸發，暫停時間較短。
Full GC：對新生代和老年代進行完整的垃圾回收，當老年代內存不足時會觸發，暫停時間長，要盡量避免。

垃圾回收器

Serial垃圾回收器

serial垃圾回收器也叫串行垃圾回收器，是一個單線程的垃圾回收期，進行垃圾回收的時候，會暫停其他所有的線程，直到收集結束。

Parallel垃圾回收器

也叫并行垃圾回收器，使用多線程進行垃圾回收，垃圾回收時也會暫停其余所有的線程。
JDK1.8默認使用此垃圾回收器。

CMS垃圾回收器

也叫并發垃圾回收器，它的暫停時間很短，GC線程和用戶線程并發工作。

CMS垃圾回收器的回收過程分為四個階段：
初始標記：去標記和GC Roots對象直接連接的對象，會暫停其余線程，但時間很短。
并發標記：之后根據引用鏈標記其余的可達對象，不會暫停其余線程。
重新標記：防止在并發標記期間有新對象創建而漏標，會暫停其余線程，暫停時間短。
并發清除：清除未標記的對象，不會暫停其余線程。

G1垃圾回收器

G1垃圾回收器是JDK9之后默認的垃圾回收器。它將內存分為多個區域，每個區域都可以充當eden區，Survivor區，old區，humongous區，其中humongous區專門用于存放大對象。

G1垃圾回收器采用復制算法回收垃圾，主要有兩種回收方式：Young?GC和Mixed GC

G1垃圾回收流程
Young?GC（對年輕代的回收）：
首先新創建的對象會被分配到eden區，當eden區內存達到閾值后，觸發Young GC，會選一個空區域作為幸存者區，然后將存活對象復制到幸存者區，并釋放eden區的內存。

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當eden再次達到閾值，觸發Young GC，選出一個新的空區域作為幸存者區，將eden區和舊幸存者區的存活對象復制到新幸存者區，并釋放eden和舊幸存者區的內存，當經過多次Yong GC后還存活的對象會被復制到老年代。

Mixed GC（對年輕代和部分老年代的回收）：
當老年代的內存達到一個閾值之后，會去并發標記老年代中的存活對象，無需暫停用戶線程。
然后會去重新標記，防止并發標記導致漏標，此時會暫停用戶線程。

之后進行Mixed GC，對年輕代和部分老年代進行垃圾回收。對于年輕代，將eden區和舊幸存者區的存活對象復制到新幸存者區，并釋放內存；對于老年代，不會去回收所有的老年代，而是選出存活對象較少的老年代，將它們的存活對象復制到一個新的老年代，然后釋放內存。