Java内存管理--垃圾回收
简述
之前说了Java内存区域是如何划分的，以及各个区域的作用与意义。这次主要是讲对内存区域的垃圾回收相关内容
为什么要进行垃圾回收
内存容量是有限的
哪些内存需要回收
Java内存运行时区域的各个部分，其中程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈三个区域随线程而生，随线程而灭，栈中的栈帧随着方法的进入和退回而有条不紊的执行着出栈和入栈操作。每一个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来时就已知的（尽管在运行期会由JIT编译器进行一些优化，但在本章基于概念模型的讨论中，大体上可以认为是编译器可知的），因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，在这几个区域内就不需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或者线程结束时，内存自然就跟随着回收了
而Java堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在程序处于运行期时才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存
如何回收
- 对对象进行判活，找出哪些内存是需要被清除的
- 选择适合的垃圾回收算法进行回收
对象判活
在堆里面存放着Java世界中几乎所有的对象实例。垃圾收集器在对堆进行回收前，第一件事就是要确定这些对象之中哪些还“活”着，哪些已经“死去”（即不可能再被任何途径使用的对象）
引用计数算法
给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1，当引用失效时，计数器值就减1，任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的
缺点
很难解决对象之间的相互循环引用问题
举例
对象objA和objB都有字段instance,赋值令objA.instance = objB及objB.instanceof = objA,除此之外，这两个对象再无任何引用，实际上这两个对象已经不可能再被访问，但是它们因为互相引用着对方，导致它们的引用计数都不为0，于是引用计数算法无法通知GC收集器回收它们
可达性分析算法
在主流的商用程序语言的主流实现中，都是称通过可达性分析来判定对象是否存活的。这个算法的基本思路就是通过一系列的称为"GC Roots"的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（用图论的话来说，就是GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。
在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种
- 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
- 方法区中类静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用的对象
- 本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象
生存还是死亡
即使在可达性分析算法中不可达的对象，也并非是“非死不可”的，这时候他们暂时处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：
如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”
回收方法区
很多人认为方法区（或者HotSpot虚拟机中的永久代）是没有垃圾收集的，Java虚拟机规范中确实说过可以不要求虚拟机在方法区实现垃圾收集，而且在方法区中进行垃圾收集的性价比一般比较低，在堆中，尤其是在新生代中，常规应用进行一次垃圾收集一般可以回收70%-95%的控件，而永久代的垃圾收集效率远低于此
永久代的垃圾收集主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类
垃圾回收算法
标记-清除算法
最基础的收集算法是标记-清除算法，如同它的名字一样，算法分为标记和清除两个阶段
缺点
1.一个是效率问题，标记和清除两个过程效率都不高
2.另一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作
复制算法
为了解决效率问题，将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉
现在的商业虚拟机都是采用这种收集算法来回收新生代
将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。会存在空间浪费，每次会浪费掉一半的内存空间。Java根据堆对象的特性，使用分配担保机制，对堆空间进行了比例划分。
将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8：1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%(80%+10%),只有10%的内存会被浪费。
当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活。当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。如果另外一块Survivor空间没有足够空间存放一次新生代收集下来的存活对象时，这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代
标记整理算法
复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法
根据老年代的特点，有人提出了另外一种标记-整理的算法，标记过程仍然与标记-清除算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
分代收集算法
当前商业虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，这种算法并没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。
在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用标记-清理或者标记-整理算法来进行回收
总结
本次主要总结了Java内存的垃圾回收方法，首先找出哪些内存是需要回收的，这里用到的一些对象判活方法。然后根据不同内存区域选用合适的垃圾收集算法进行回收。
