JVM垃圾回收（Garbage Collection）机制

1、定义描述

Java的垃圾回收（Garbage Collection，GC）机制是Java虚拟机（JVM）的一项关键功能，旨在自动管理内存，回收不再使用的对象，保证程序运行过程中不出现内存泄漏和内存溢出。

2、回收位置

VM内存结构中，垃圾回收的主要工作集中在堆内存区域（回收无引用或循环的废弃对象实例）。

其他内存区域，如方法区（存储元数据，常量、静态变量和即将编译的代码，垃圾回收不频繁，且不如堆内存高效）、虚拟机栈（栈内存的分配和回收是确定性的，即在方法开始和结束时进行，并不需要垃圾回收机制）、本地方法栈（用于JNI调用的，属于线程私有的内存区域，内存分配与线程生命周期相同，也不需要垃圾回收机制）和程序计数器（也属线程私有，不需要垃圾回收机制），通常不在垃圾回收的管理范围之内

3、垃圾回收器

作用

1、识别不再使用的对象

垃圾回收器的首要任务是识别哪些对象是不再使用的。这通常通过以下两种方式实现：

- 引用计数法：为每个对象维护一个引用计数器，当对象被引用时计数器增加，引用失效时计数器减少，计数器为零的对象即为不可达对象。
- 可达性分析（Reachability Analysis）：从GC Roots（一组对象集合，对应各内存数据区中会引用其他对象的对象，如虚拟机栈中引用的对象，方法区中类静态属性、常量引用的对象，本地方法栈中JNI引用的对象）出发，通过引用关系遍历对象图，未被遍历到的对象即为不可达对象（可被回收）。

2、 回收不再使用的对象

垃圾回收算法
确定不可达对象后，垃圾回收器会回收这些对象占用的内存，使其重新可用。主要有以下几种算法：

- 标记-清除（Mark-Sweep）：
  - 标记阶段：从GC Roots出发，标记所有可达对象。
  - 清除阶段：遍历堆，回收未标记的对象。
  
- 标记-整理（Mark-Compact）：
  - 标记阶段：同标记-清除算法。
  - 整理阶段：将存活的对象向内存一端移动，整理内存空间，回收多余的内存，防止内存碎片化问题。

- 复制（Copying）：
  - 将内存分为两个等大小的空间，每次使用其中一个。
  - 当一个空间用满时，将存活对象复制到另一个空间，并清除原空间。

3.、管理不同代的内存

堆内存通常分为新生代和老年代，不同年代的垃圾回收策略有所不同：

- 新生代（Young Generation）包括伊甸园（Eden）区和幸存者（Survivor）区（包含一个From一个To区）：
  - 对象生命周期较短，采用复制算法。
  - Minor GC：当伊甸园（Eden）区满时触发，会将伊甸园区和一个From区中的废弃对象清除，将这俩区中存活的对象复制到To区，下一次GC时To区则被视为From区，进行同样的操作，这样多次操作后在幸存者区的其中一个区中则会存在多次未被GC的对象，一般15次左右，这些对象会被移入老年代存储，减少新生代的内存压力。

- 老年代（Old Generation）：
  - 对象生命周期较长，采用标记-清除或标记-整理算法。
  - Major GC（或Full GC）：当老年代空间不足时触发，进行全堆回收，通常比Minor GC更耗时。

4、优化回收性能

垃圾回收器的另一个重要职责是优化回收性能，以减少GC对应用程序的影响。这包括：

- 并行回收：使用多线程进行垃圾回收，提高回收效率，如Parallel GC。
- 并发回收：在应用程序运行的同时进行垃圾回收，减少停顿时间，如CMS GC。
- 区域化回收：将内存分为多个区域，优先回收垃圾最多的区域，如G1 GC。

 类型

1. Serial GC：单线程，适用于单核处理器和小堆内存。
2. Parallel GC：多线程，适用于多核处理器和大堆内存。
3. CMS GC：低停顿时间，适用于需要响应迅速的应用。
4. G1 GC：适用于大内存和多处理器环境，提供可预测的停顿时间。

 应用

开发者可以通过JVM参数配置和调优垃圾回收器，以满足特定应用的需求。例如：

- 选择垃圾回收器：
  -XX:+UseSerialGC
  -XX:+UseParallelGC
  -XX:+UseConcMarkSweepGC
  -XX:+UseG1GC

4、垃圾回收流程

由垃圾回收器主导了垃圾的回收流程：

1、由垃圾回收器进行垃圾分析
2、由垃圾回收器进行垃圾回收