深入理解 JVM 垃圾回收机制及其实现原理

一、垃圾回收机制（Garbage Collection）

Java引入了垃圾回收机制，令C++程序员最头疼的内存管理问题迎刃而解。Java 程序员可以将更多的精力放到业务逻辑上而不是内存管理工作上，大大的提高了开发效率。

二、垃圾回收原理

1、内存管理

Java的内存管理很大程度就是：堆中对象的管理，其中包括对象空间的分配和释放。

对象空间的分配：使用new关键字创建对象

对象空间的释放：将对象赋值null即可

2、垃圾回收过程

任何一种垃圾回收算法一般都要做两件事情：

1、发现无用的对象

2、回收无用对象占用的内存对象

无用的对象指的就是没有任何变量引用该对象。Java 的垃圾回收器通过相关算法发现无用对象，并进行清除和整理。

3、垃圾回收相关算法

1、引用计数法

堆中的每个对象都对应一个引用计数器，当有引用指向这个对象时，引用计数器加1,而当指向该对象的引用失效时(引用变为null)，引用计数器减1，最后如果该对象的引用计算器的值为0时，则Java垃圾回收器会认为该对象是无用对象并对其进行回收。优点是算法简单，缺点是“循环引用的无用对象”无法别识别。

2、引用可达法（根搜索算法）

程序把所有的引用关系看作一张图， 从一个节点GC ROOT开始，寻找对应的引用节点，找到这个节点以后，继续寻找这个节点的引用节点，当所有的引用节点寻找完毕之后，剩余的节点则被认为是没有被引用到的节点，即无用的节点。

三、通用的分代垃圾回收机制

分代垃圾回收机制，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。 因此，不同生命周期的对象可以采取不同的回收算法，以便提高回收效率。我们将对象分为三种状态：年轻代、年老代、永久代。同时，将处于不同状态的对象放到堆中不同的区域。

1、年轻代

所有新生成的对象首先都是放在Eden区。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象，对应的是Minor GC,每次Minor GC会清理年轻代的内存，算法采用效率较高的复制算法，频繁的操作，但是会浪费内存空间。当“年轻代”区域存放满对象后，就将对象存放到年老代区域。

Minor GC：

用于清理年轻代区域。Eden 区满了就会触发一次 Minor GC。清理无用对象，将有用对象复制到"Survivor1” 、"Survivor2” 区中。

2、年老代

在年轻代中经历了N(默认15)次垃圾回收后仍然存活的对象就会被放到年老代中。因此,可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。年老代对象越来越多,我们就需要启动Major GC和Full GC(全量回收)，来一次大扫除,全面清理年轻代区域和年老代区域。

Major GC：

用于清理老年代区域。

Full GC：

用于清理年轻代、年老代区域。成本较高， 会对系统性能产生影响。

3、永久代

用于存放静态文件，如Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响。JDK7以前就是“方法区"的一种实现。JDK8以后已经没有”永久代” 了，使用metaspace元数据空间和堆替代。

4、JVM调优和Full GC

在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于Full GC的调节。

有如下原因可能导致Full GC：

1、年者代(Tenured) 被写满

2、永久代(Perm) 被写满

3、System.gs()被显式调用

4、上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化