摘要：就是說(shuō)引用計(jì)數(shù)法很難解決對(duì)象之間的相互引用問(wèn)題也無(wú)法通知回收器去及時(shí)回收它。因?yàn)榇嬖谶@種缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在的虛擬機(jī)基本上并不是通過(guò)引用計(jì)數(shù)法來(lái)判斷對(duì)象是否存活。

每當(dāng)在我們寫(xiě)代碼的時(shí)候，不管是new一個(gè)對(duì)象，還是引用，還是填充數(shù)據(jù)到數(shù)組，都是要占用空間，那么如果不及時(shí)回收就會(huì)對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生影響。java和c 一個(gè)很大的區(qū)別就在于，java的垃圾回收主要是jvm去做，而c語(yǔ)言是自己去控制。雖然JAVA可以手動(dòng)的調(diào)用方法 system.gc 去手動(dòng)控制垃圾回收，但據(jù)說(shuō)達(dá)不到立馬回收的效果。c 語(yǔ)言則是要自己去申請(qǐng)一塊內(nèi)存空間malloc ，使用完成還需要手動(dòng)去釋放掉，如果沒(méi)有及時(shí)釋放，或者申請(qǐng)出現(xiàn)內(nèi)存過(guò)大等，會(huì)造成內(nèi)存溢出等異常，不過(guò)功底深厚的大牛都會(huì)做的比較牛逼，很好的去控制。

在內(nèi)存回收的過(guò)程中，首先要確定一點(diǎn)，該對(duì)象是否應(yīng)該被回收，哪些還"存活"，哪些已"死亡"。

引用計(jì)數(shù)法

當(dāng)一個(gè)對(duì)象在代碼中被引用，那么就會(huì)在這個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)值 + 1，當(dāng)引用失效的時(shí)候，計(jì)數(shù)值則相應(yīng) - 1。但是如果兩個(gè)對(duì)象存在相互引用的情況，如下：

    A a = new A(); 
    B b = new B();
    a.instance = b;
    b.instance = a;

虛擬機(jī)就無(wú)法去判斷這兩個(gè)對(duì)象是否需要被回收，因?yàn)楸舜说囊弥刀疾皇?0。就是說(shuō)引用計(jì)數(shù)法很難解決對(duì)象之間的相互引用問(wèn)題, 也無(wú)法通知GC回收器去及時(shí)回收它。因?yàn)榇嬖谶@種缺點(diǎn)，所以現(xiàn)在的虛擬機(jī)基本上并不是通過(guò)引用計(jì)數(shù)法來(lái)判斷對(duì)象是否存活。那是通過(guò)什么方法？ 請(qǐng)看官往下看。

可達(dá)性分析算法

現(xiàn)在主流的商用語(yǔ)言的視線中都是通過(guò)可達(dá)性分析來(lái)判斷對(duì)象是否存活，比如JAVA，C#等。這種方法基本思想 ——以 GC Roots的對(duì)象作為起點(diǎn)向下搜索，搜索走過(guò)的路徑被稱為"引用鏈"，當(dāng)一個(gè)對(duì)象沒(méi)有任何引用鏈相連，那么這個(gè)對(duì)象就是不可用的。如下圖所示：

gc roots 是什么？ 是滿足下面任意條件的某個(gè)對(duì)象。

虛擬機(jī)棧中reference對(duì)象；

方法區(qū)靜態(tài)屬性引用對(duì)象；

方法區(qū)常量引用對(duì)象；

本地方法棧 所謂的native方法 引用的對(duì)象。

Hotspot中的native方法引用Java對(duì)象用的是通過(guò)句柄（handle）來(lái)引用。HotSpot的JNI handle是放在若干不同的區(qū)域里的，但不會(huì)放在GC堆中。傳遞參數(shù)用的handle直接在棧上；local handle放在每個(gè)Java線程中的JNIHandleBlock里；global handle放在VM全局的JNIHandleBlock里。
關(guān)于什么是native方法請(qǐng)如下鏈接：https://segmentfault.com/n/13...

注:并不是不可達(dá)的對(duì)象就必須 "死"，他們還是處于"緩刑"， 真正要宣告一個(gè)對(duì)象死亡，需要經(jīng)過(guò)兩次標(biāo)記的過(guò)程：經(jīng)過(guò)可達(dá)性分析后對(duì)象沒(méi)有和GC Roots 連接的引用鏈，那么需要被標(biāo)記一次然后還需要經(jīng)過(guò)篩選（篩選條件：判斷該對(duì)象是否有必要執(zhí)行finalize()方法），如果對(duì)象已經(jīng)調(diào)用了或者沒(méi)有覆蓋finalize方法(finalize() 方法只會(huì)被執(zhí)行一次!)，那么 虛擬機(jī)判定該對(duì)象是 "沒(méi)有必要執(zhí)行該方法"。

如果該對(duì)象有必要執(zhí)行finalize方法，那么對(duì)象會(huì)被放置在一個(gè)叫做F-Queue 的隊(duì)列之中，之后會(huì)由虛擬機(jī)自動(dòng)建立，由低優(yōu)先級(jí)的Finalize 方法去執(zhí)行。（執(zhí)行時(shí)只去觸發(fā)對(duì)象的finalize()方法，但是并不等待他運(yùn)行結(jié)束，防止有的對(duì)象finalize()進(jìn)行緩慢，或者死循環(huán)，會(huì)導(dǎo)致隊(duì)列持續(xù)等待，進(jìn)而內(nèi)存回收系統(tǒng)崩潰。）稍后GC 會(huì)對(duì)F-Queue 隊(duì)列中的對(duì)象進(jìn)行第二次標(biāo)記，當(dāng)finalize 方法執(zhí)行后成功將對(duì)象連接到引用鏈上任何一個(gè)對(duì)象，那么這個(gè)對(duì)象就被拯救成功了，不然則go die!

Java中定義：如果reference類型的數(shù)據(jù)中存儲(chǔ)的數(shù)值代表的是另一塊內(nèi)存的起始地址，就稱是這塊內(nèi)存的一個(gè)引用。

強(qiáng)引用：類似于A a = new A()，只要引用在，就永遠(yuǎn)不會(huì)回收被引用的對(duì)象。

軟引用：描述有用但并非必須的獨(dú)享。在系統(tǒng)將要發(fā)生內(nèi)存溢出的時(shí)候，會(huì)將這部分對(duì)象回收。

弱引用：非必需對(duì)象引用，能生存到下次發(fā)生GC之前。

虛引用：一點(diǎn)用都沒(méi)。只有當(dāng)對(duì)象被垃圾回收器回收的時(shí)候會(huì)收到一個(gè)系統(tǒng)通知。

在我看來(lái)方法區(qū)的內(nèi)存，回收起來(lái)并沒(méi)有新生代那么明顯。方法區(qū)大多存有類的描述信息，靜態(tài)變量，常量，方法等信息，這些大多是系統(tǒng)常用的，很少去回收，回收效率微乎其微。然而永久帶的方法回收主要分成兩部分，一種是常量的回收，另一種是類的回收。

常量的回收

相當(dāng)于這個(gè)常量已經(jīng)被廢棄掉了。例如：方法區(qū)的常量池中有一個(gè)字符串常量 "java", 當(dāng)系統(tǒng)中沒(méi)有一個(gè)String對(duì)象指向這個(gè)常量的值得時(shí)候，那么這個(gè)常量在發(fā)生GC的時(shí)候?qū)?huì)被回收。
類的回收

類的回收

相對(duì)于常量的回收會(huì)麻煩多，需要滿足下面三個(gè)條件才會(huì)被回收：
1、類中所有的對(duì)象都被回收，就是堆中不存在該類的任何的實(shí)例；
2、加載該類的classloader被回收；
3、該類對(duì)應(yīng)的java.lang.Class對(duì)象沒(méi)有在任何地方引用，或是通過(guò)反射機(jī)制訪問(wèn)不到該類。

注： 在大量使用反射，動(dòng)態(tài)代理，cGLib等ByteCode框架、動(dòng)態(tài)生成Jsp等頻繁定義classLoader的場(chǎng)景都需要虛擬機(jī)具備類的卸載功能，防止永久帶不會(huì)溢出。

標(biāo)記-清除算法

標(biāo)記-清除 算法是最基礎(chǔ)的算法，為什么呢？因?yàn)楹竺娴囊v的算法很多是從這個(gè)基本的算法改變其不足演變而來(lái)。

標(biāo)記-清除（Mark-Sweep） 算法正如其名字所說(shuō)由兩個(gè)部分來(lái)完成。首先，要對(duì)需要回收的對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，如何標(biāo)記上面已經(jīng)提過(guò)。然后，要對(duì)這些被標(biāo)記的對(duì)象進(jìn)行收集。

標(biāo)記：標(biāo)記的過(guò)程其實(shí)就是，遍歷所有的GC Roots，然后將所有GC Roots可達(dá)的對(duì)象標(biāo)記為存活的對(duì)象。
清除：清除的過(guò)程將遍歷堆中所有的對(duì)象，將沒(méi)有標(biāo)記的對(duì)象全部清除掉。

如下圖所示：

感覺(jué)清理完成之后，內(nèi)存零零散散，故該算法有以下兩個(gè)缺點(diǎn)：
缺點(diǎn)一：被標(biāo)記的對(duì)象在內(nèi)存中分布很零散，回收之后可用內(nèi)存很零碎。如果當(dāng)一個(gè)進(jìn)程需要申請(qǐng)一塊連續(xù)的較大內(nèi)存時(shí)，無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存，不得不提前觸發(fā)一次垃圾回收的動(dòng)作。
缺點(diǎn)二：標(biāo)記和清除的過(guò)程效率不高，而且在進(jìn)行GC的時(shí)候，需要停止應(yīng)用程序，這會(huì)導(dǎo)致用戶體驗(yàn)非常差，尤其對(duì)于交互式的應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)直是無(wú)法接受。

復(fù)制算法是對(duì)標(biāo)記-清除算法在回收后出現(xiàn)很多內(nèi)存碎片的一種改進(jìn)，而且效率也有所提升。

復(fù)制算法（copying）將可用的內(nèi)存容量劃分成大小相等兩塊，每次只使用其中一塊，當(dāng)一塊內(nèi)存用完了,將還存活的對(duì)象復(fù)制到另一塊內(nèi)存中，然后將之前使用過(guò)的內(nèi)存空間全部清理掉。當(dāng)有效內(nèi)存空間耗盡時(shí)，JVM將暫停程序運(yùn)行，開(kāi)啟復(fù)制算法GC線程 ，它會(huì)將活動(dòng)區(qū)間內(nèi)的存活對(duì)象，全部復(fù)制到空閑區(qū)間，且嚴(yán)格按照內(nèi)存地址依次排列，與此同時(shí)，GC線程將更新存活對(duì)象的內(nèi)存引用地址指向新的內(nèi)存地址。 清空之前的內(nèi)存塊，減少了大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片的產(chǎn)生,實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單且運(yùn)行高效。

如下圖所示：

細(xì)心的讀者會(huì)發(fā)現(xiàn)，這種算法有個(gè)很大的缺點(diǎn)——將可使用的內(nèi)存縮小成原來(lái)的一半，代價(jià)太大了！所以現(xiàn)在的虛擬機(jī)廠商都采用復(fù)制算法來(lái)回收新生代。研究表明 新生代對(duì)象98%都是 “朝生夕死” 所以不需要按照1：1劃分內(nèi)存空間，而是將內(nèi)存分為一塊較大的Eden 空間和兩塊較小的Survivor 空間。每次只是用 Eden 和 其中一塊 Survivor區(qū)域，另一塊Survivor 則用來(lái)當(dāng)作保留區(qū)。 那么這樣一來(lái)，每次進(jìn)行回收的時(shí)候只需要將Eden 和 Survivor生還的對(duì)象復(fù)制到另一塊 Survivor空間，然后清理。HotShot虛擬機(jī) 新生代劃分比例默認(rèn) Eden：Survivor = 8:1。然而這樣分配內(nèi)存，有個(gè)問(wèn)題。當(dāng)作保留區(qū)的Survivor的內(nèi)存大小不夠承載 使用中的Eden和一塊Survivor區(qū)域的存活對(duì)象怎么辦？此時(shí)需要依賴其他內(nèi)存（老年代）進(jìn)行分配擔(dān)保。

分配擔(dān)保（Handle Promotion）——如果另一塊Survivor空間沒(méi)有足夠的空間存放上一次新生代收集下來(lái)的存活對(duì)象時(shí)，這些對(duì)象直接通過(guò)分配擔(dān)保機(jī)制進(jìn)入老年代。

發(fā)生Minor GC（只回收Eden和Survivor區(qū)）前，虛擬機(jī)檢查老年代最大可用連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象總空間。如果大于，那么Minor GC確保是安全的。如果不大于，則需要查看虛擬機(jī)HandlePromotionFailure參數(shù)設(shè)置，是否允許擔(dān)保失敗。若允許（true），會(huì)繼續(xù)檢查老年代最大連續(xù)可用空間是是否大于歷次晉升到老年代的對(duì)象平均大小。如果大于，會(huì)嘗試一次 Minor GC，盡管是有風(fēng)險(xiǎn)。（因?yàn)閮H僅是歷次晉升到老年代對(duì)象平均大小與老生代最大連續(xù)空間比較,如果內(nèi)存小無(wú)法容納，此時(shí)進(jìn)行Minor GC 會(huì)清理原本存活的對(duì)象所以是冒險(xiǎn)的，進(jìn)而需要進(jìn)行Full GC）如果小于或者Handle Promotion Failure不允許冒險(xiǎn)，那么要進(jìn)行一次Full GC。

在jdk1.6 update24以后handle promotion failure 參數(shù)已經(jīng)不會(huì)影響到分配擔(dān)保的判定，具體代碼如下：

bool TenuredGeneration::promotion_attempt_is_safe(size_t  
max_promotion_in_bytes) const   
{  
   // 老年代最大可用的連續(xù)空間  
   size_t available = max_contiguous_available();    
   // 每次晉升到老年代的平均大小  
   size_t av_promo  = (size_t)gc_stats()->avg_promoted()->padded_average();  
   // 老年代可用空間是否大于平均晉升大小，或者老年代可用空間是否大于當(dāng)此GC時(shí)新生代所有對(duì)象容量  
   bool   res = (available >= av_promo) || (available >=max_promotion_in_bytes);  
   return res;  
}

如果老年代連續(xù)空閑空間大于歷屆晉升到老年代的對(duì)象的平均空間可以直接minor GC 否則 Full GC。

復(fù)制算法是需要將對(duì)象從從內(nèi)存一個(gè)區(qū)域復(fù)制到另一個(gè)區(qū)域，當(dāng)發(fā)現(xiàn)對(duì)象存活率很高的情況下，效率很低。而且在老生代的回收中，大多不采用復(fù)制算法，沒(méi)有額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保。

標(biāo)記-整理算法（Mark-Compact），過(guò)程和Mark-Sweep 方法過(guò)程一樣，也需要對(duì)對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，不過(guò)后續(xù)步驟不是直接對(duì)可回收對(duì)象進(jìn)行清理，算法分成兩個(gè)部分。　　

標(biāo)記：遍歷GC Roots，然后將存活的對(duì)象標(biāo)記。
整理：移動(dòng)所有存活的對(duì)象，且按照內(nèi)存地址次序依次排列，然后將末端內(nèi)存地址以后的內(nèi)存全部回收。

標(biāo)記-整理算法不僅可以彌補(bǔ)標(biāo)記-清除算法當(dāng)中，內(nèi)存區(qū)域分散的缺點(diǎn)，也消除了復(fù)制算法當(dāng)中，內(nèi)存減半的高額代價(jià)。不過(guò)標(biāo)記-整理算法，效率是唯一缺點(diǎn)。它需要對(duì)存活對(duì)象進(jìn)行標(biāo)記，然后要整理存活對(duì)象內(nèi)存地址，相對(duì)于復(fù)制算法效率較低。

分代收集算法，當(dāng)前商用的虛擬機(jī)的垃圾收集大都采用這種算法。也不算是算法，只是把java 堆分成 新生代，老生代。分代之后，不同區(qū)域可以使用不同的收集算法。比如：

新生代 每次垃圾回收都會(huì)有大批對(duì)象死去，只有少量存活，那就采用復(fù)制-算法；

老生代 對(duì)象存活率高，也沒(méi)額外的空間對(duì)它進(jìn)行分配擔(dān)保，使用標(biāo)記-整理/清除算法會(huì)更好來(lái)回收。不同場(chǎng)景使用不同的算法更加有利于整體效率的提升。

JVM 在進(jìn)行GC 時(shí)，并非每次都對(duì)上面三個(gè)內(nèi)存區(qū)域一起回收的，大部分時(shí)候回收的都是指新生代。因此GC按照回收的區(qū)域又分了兩種類型，一種是普通GC（minor GC），一種是全局GC（major GC or Full GC），它們所針對(duì)的區(qū)域如下。
普通GC（minor GC）：只針對(duì)新生代區(qū)域的GC。
全局GC（major GC or Full GC）：針對(duì)年老代的GC，偶爾伴隨對(duì)新生代的GC以及對(duì)永久代的GC。

注：由于年老代與永久代相對(duì)來(lái)說(shuō)GC效果不好，而且二者的內(nèi)存使用增長(zhǎng)速度也慢，因此一般情況下，需要經(jīng)過(guò)好幾次普通GC，才會(huì)觸發(fā)一次全局GC。