Java垃圾回收机制

Java不要求程序员显示地分配内存和释放内存，Java在创建对象的时候会自动分配内存，并在该对象不再使用时自动释放对象所使用的内存。

垃圾收集器(GC)

Java中使用垃圾收集器来监视Java程序的运行，当对象不再使用时，就自动释放对象所使用的内存。

垃圾收集器是自动运行的，一般情况下，无须显示地请求垃圾收集器。调用System类中的静态gc()方法可以运行垃圾收集器，但这样并不能保证会立即回收指定对象。

因为不同的JVM实现者可能使用不同的算法管理GC，并且通常GC的线程优先级较低，JVM调用GC的策略也有很多种，有些是内存使用达到一定程度时才会执行GC，也有定时执行的，有的是平缓执行的，还有的是中断式执行的。

Java的垃圾回收机制是为所有的Java应用进程服务的，而不是为某个特定的进程服务的。因此，任何一个进程都不能命令垃圾回收机制做什么、怎么做或做多少。

在JVM垃圾收集器收集一个对象前，一般要求程序调用适当的方法释放资源，但在没有明确释放资源的情况下，Java提供了默认机制终止化该对象来释放资源，这个方法就是protected void finalize() throws Throwable。

常见的垃圾收集器

垃圾收集器（GC）是和具体JVM实现紧密相关的，不同厂商（IBM、Oracle），不同版本的JVM，提供的选择也不同。

Serial GC：

它是最古老的垃圾收集器，串行运行，作用于新生代，采用复制算法，它的收集工作是单线程的，并且在进行垃圾收集过程中，会进入到“Stop-The-World”（虚拟机运行GC的时候会需要让所有的线程都停止工作，等待GC完成）状态。其单线程设计也意味着精简的GC实现，无需维护复杂的数据结构，初始化也简单，所以一直是Client模式下JVM的默认选项。

Serial Old：

Serial GC的串行运行，作用于老年代，采用标记-整理算法的实现。

ParNew GC：

作用于新生代，采用复制算法，它实际是Serial GC的多线程版本，在多CPU环境Server模式下与CMS配合使用。

CMS GC：

并行运行，作用于年老代，采用标记-清除算法，设计目标是尽量减少停顿时间，这对于web等反应时间敏感的应用非常重要，但是它采用标记-清除算法，存在着内存碎片化的问题，并且并行运行，会占用更多的CPU资源。在JDK 9中已经被标记为废弃。

Parrallel GC：

在早期的JDK 8等版本中，它是server模式JVM的默认GC选择，也被称作是吞吐量优先的GC。它的算法和Serial GC比较相似，但实现要复杂。其特点是新生代和年老代GC都是并行进行的，在常见的服务器环境中更加高效。 并且引入了开发者友好的配置项，我们可以直接设置暂停时间或吞吐量等目标，JVM会自动进行适应性调整。

G1 GC：

并行运行，可以作用于新生代或年老代，是一种兼顾吞吐量和停顿时间的GC实现，是Oracle JDK 9以后的默认GC选项。G1可以直观的设定停顿时间的目标，相比于CMS GC，G1未必能做到CMS在最好情况下的延时停顿，但是最差情况要好很多。

G1 GC 仍然存在着年代的概念，但是其内存结构并不是简单的条带式划分，而是类似棋盘的一个个region（区域）。Region之间是复制算法，但整体上实际可以看作是标记-整理算法，可以有效地避免内存碎片。

注意：

JVM有两种运行模式Server与Client。两种模式的区别在于，Client模式启动速度较快，Server模式启动较慢；但是启动进入稳定期长期运行之后Server模式的程序运行速度比Client要快很多。这是因为Server模式启动的JVM采用的是重量级的虚拟机，对程序采用了更多的优化；而Client模式启动的JVM采用的是轻量级的虚拟机。所以Server启动慢，但稳定后速度比Client远远要快。

垃圾收集算法

复制算法：

新生代GC基本都是基于复制算法，将活着的对象复制到to区域，拷贝过程中将对象顺序放置，这样就可以避免内存碎片化。因为要进行复制，所以要提前预留内存空间，有一定的浪费。另外，对于G1这种内存分拆为大量region的GC,GC需要维护region之间对象引用关系，需要很大的开销。

标记-清除算法：

首先进行标记工作，标识出需要回收的对象，然后进行清除。标记、清除的过程效率有限，并且会不可避免的出现碎片化问题，不适合特别大的堆。

标记-整理算法：

类似于标记-清除算法，但为避免内存碎片化，它会在清理过程中将对象移动，以确保移动后的对象占用连续的内存空间。

垃圾收集的一般过程

Java程序不断创建的对象，通常都是分配在堆内存的Eden区域，当其空间占用到一定的阈值时，触发minor GC(指发生在新生代的垃圾收集动作)。仍然被引用的对象（绿色方块）存活下来，被复制到JVM选择的Survivor区域，而没有被引用的对象（黄色方块）则被回收。（方块中的数字表示对象的存活时间）

经过一次Minor GC，Eden区域就会空闲下来，直到再次达到Minor GC触发条件，这时候，另外一个Survivor区域则会成为to区域，Eden区域的存活对象和From区域对象，都会被复制到to区域，并且存活年龄会被+1。

类似上面的过程会发生很多次，直到有对象的年龄达到阈值，这时候就会发生晋升过程，超过年龄阈值的对象会被晋升为老年代。这个阈值是可以通过参数指定的。

后面就是Major GC(老年代GC)，具体方式取决于选择的GC选项以及对应的算法。在标记整理算法过程中，无用的老年代对象被清除后，GC会对对象进行整理，以防止内存碎片化。