之前分享過《「後端」Java 程式員必知的 JVM 基礎知識總結》和《「後端」Java 程式員必知的 G1 垃圾回收器知識總結》，有朋友表示跨度太大，是以穿插本篇文章。歡迎閱讀~
一、為什麼要進行垃圾回收
随着程式的運作，記憶體中存在的執行個體對象、變量等資訊占據的記憶體越來越多，其中有很多對象再也用不到，這些用不到的對象就被稱之為垃圾，如果不及時進行垃圾回收，必然會帶來程式性能的下降，甚至會因為可用記憶體不足造成一些不必要的系統異常。
垃圾回收機制主要是對 JVM 中堆記憶體進行管理，如果對 JVM 相關的概念還不了解，可以看一看《「後端」Java 程式員必知的 JVM 基礎知識總結》這篇文章。
二、如何判定對象是否為垃圾
1、引用計數法
給對象添加一引用計數器，被引用一次計數器值就加 1；當引用失效時，計數器值就減 1；計數器為 0 時，對象就是垃圾。
優點是執行效率高，缺點是無法解決對象之間互相循環引用的問題。
2、可達性分析算法
以 GC Roots 為起始點進行搜尋，判斷對象的引用鍊是否可達，可達的對象都是存活的，不可達的對象可被回收。GC Roots 一般包含以下内容：
- 虛拟機棧中局部變量表中引用的對象
- 本地方法棧中 JNI 中引用的對象
- 方法區中類靜态屬性引用的對象
- 方法區中的常量引用的對象
對象死亡（被回收）前的最後一次掙紮:
即使在可達性分析算法中不可達的對象，也并非是“必死不可”，這時候它們暫時處于“緩刑”階段，要真正宣告一個對象死亡，至少要經曆兩次标記過程。
第一次标記：如果對象在進行可達性分析後發現沒有與 GC Roots 相連接配接的引用鍊，那它将會被第一次标記；
第二次标記：在第一次标記後接着會進行一次篩選，篩選的條件是此對象是否有必要執行 finalize() 方法。在 finalize() 方法中沒有重新與引用鍊建立關聯關系的，将被進行第二次标記。
第二次标記成功的對象将真的會被回收，如果對象在 finalize() 方法中重新與引用鍊建立了關聯關系，那麼将會逃離本次回收，繼續存活。
三、回收垃圾的算法
回收垃圾的算法主要有 4 種：标記清除算法， 标記整理算法，複制算法，分代收集算法。下面分别介紹。
1、标記清除
标記：從 GC Roots 為起始點進行掃描，如果是活動對象，則程式會在對象頭部打上标記。
清除：對堆記憶體從頭到尾進行線性周遊，回收不可達對象。
标記清除
但是，标記清除算法會産生大量不連續的記憶體碎片，導緻無法給大對象配置設定記憶體。例如上圖中 B 與 E 之間隻剩 2 格，若有一個新對象要占用 3 格，則需要開辟另外的記憶體或者 Full GC。
2、标記整理
标記：從 GC Roots 為起始點進行掃描，如果是活動對象，則程式會在對象頭部打上标記。
整理：移動所有存活對象，且按照記憶體位址次序依次排列，然後将末端以後的記憶體位址全部回收。
标記整理
彌補了标記清除算法的不足，不會産生記憶體碎片。但是需要移動大量對象，處理效率比較低。
3、複制算法
将記憶體劃分為大小相等的兩塊，每次隻使用其中一塊，當這一塊記憶體用完了就将還存活的對象複制到另一塊上面，然後再把使用過的記憶體空間進行一次清理。
複制算法
不會産生記憶體碎片問題，順序配置設定記憶體，執行效率高，但每次隻使用了一半的記憶體，未免有點浪費。
4、分代收集
分代收集實際上就是将上述 3 種算法綜合起來，針對不同的區域，采用不同的方法，按照對象的生命周期的不同劃分區域，采用不同的垃圾回收算法，以提高 JVM 回收效率。
Java 堆分為兩部分，Java 堆 = 新生代 + 老年代，預設分别占堆空間為 1/3、2/3；其中，新生代 = Eden + From Survivor + To Survivor，預設為 8:1:1。這樣劃分是由于對象生存周期的特殊性，針對不同的對象，采用不同的方法。
Java 堆記憶體劃分
新生代使用：複制算法
老年代使用：标記清除 或 标記整理 算法
所有的對象都在 Eden 區建立，由于大部分對象都是“朝生夕滅”，隻有少量對象能存活下來，是以在新生代采用複制算法，隻有少量對象需要複制，這樣最劃算。
當 Eden 區滿了，那麼就會觸發一次 Young GC，也就是年輕代垃圾回收。少量有用的對象會複制到 From 區。這樣整個Eden區就被清理幹淨了，可以繼續建立新的對象。
當 Eden 區再次被用完，就再觸發一次 YoungGC，這個時候跟剛才稍稍有點差別。這次觸發 Young GC 後，會将 Eden 區與 From 區還在被使用的對象複制到 To 區，再下一次 YoungGC 的時候，則是将 Eden 區與 To 區中的還在被使用的對象複制到 From 區。
經過若幹次 YoungGC 後，有些對象在 From 與 To 之間來回遊蕩，這時候 From 區與 To 區亮出了底線（門檻值），這些家夥要是到現在還沒挂掉，對不起，一起複制老年代吧。
而在老年代，大部分對象任然會繼續存活下來，此時采用标記整理或者标記清除算法，這樣最劃算。
對象如何晉升到老年代？
1、經曆一定次數的 Minor GC 任然存活的對象，預設 15 次；
2、Eden 區或 Survivor 區域存放不下的對象；
3、新生成的大對象，直接放入老年代。
四、常見的垃圾收集器
Serial 垃圾收集器（單線程，複制算法）：
Serial 是單線程收集，進行垃圾收集時必須暫停所有工作線程。但是它簡單高效，JVM Client 模式下預設的年輕代收集器。
串行收集器
ParNew 垃圾收集器（多線程，複制算法）：
ParNew 是多線程收集器，是 CMS 預設的新生代垃圾回收器，其他行為特點與 Serial 一樣。
Parallel Scavenge 垃圾收集器（多線程，複制算法）：
Parallel Scavenge 和 ParNew 一樣，都是多線程、新生代垃圾收集器。兩者的差別在于：
Parallel Scavenge 追求 CPU 吞吐量，能夠在較短時間内完成指定任務，是以适合沒有互動的背景計算；
ParNew 追求降低使用者停頓時間，适合互動式應用。
Serial Old 垃圾收集器（單線程，标記整理算法）：
Serial Old 收集器是 Serial 的老年代版本，都是單線程收集器，都适合用戶端應用。它們唯一的差別就是：Serial Old 工作在老年代，使用“标記-整理”算法；Serial 工作在新生代，使用“複制”算法。
CMS 垃圾收集器（标記清楚算法）：
CMS (Concurrent Mark Sweep，并發标記清除) 收集器是以擷取最短回收停頓時間為目标的收集器（追求低停頓），它在垃圾收集時，使用者線程 和 GC 線程并發執行，是以在垃圾收集過程中不會感到明顯的卡頓。
具體執行過程如下圖：初始标記 (Initial Mark) —> 并發标記 (Concurrent Mark) —> 重新标記 (Remark) —> 并發清除 (Concurrnet Sweep)。
并發執行
- 初始标記 (Initial Mark)：僅僅隻是标記一下 GC Roots 能直接關聯到的對象，速度很快，需要 Stop The World。
- 并發标記 (Concurrent Mark)：從 GC Roots 的直接關聯對象開始周遊整個對象圖的過程，耗時較長，但不需要停頓使用者線程，可與垃圾收集器線程一起并發執行。
- 重新标記 (Remark)：該階段是為了修正并發标記期間，因使用者程式運作而導緻标記産生變動的那一部分對象的标記記錄，這個階段需要 Stop The World，而且停頓時間通常比初始階段稍長一些，但也遠比并發标記階段的時間短。
- 并發清除 (Concurrnet Sweep)：清理删除掉标記階段判斷已經死亡的對象，由于不需要移動存活對象，所有這個階段可以和使用者線程并發執行。
CMS 收集器是并發收集，有兩次 Stop The Words，兩次标記，因為 GC 線程和應用線程同時執行，好比你媽在打掃房間，你還在扔紙屑，可能産生新的引用關系。
CMS 的缺點：吞吐量低，無法處理浮動垃圾，導緻頻繁 Full GC，使用“标記-清除”算法産生碎片空間。
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