Java内存回收初探
要深入的理解Java内存回收的机制，我认为要从以下几个方面去学习，首先了解JVM虚拟机内存分为哪几块，知道Java内存回收是回收哪些内存区域的内存，其次学习如何判断一个Java对象是不是垃圾对象，是否应该回收，然后学习如何去回收垃圾对象。
了解了以上三点基本上对Java的垃圾回收有了完整的认识，接下来进行详细的阐述。
Java内存区域分类
Java的内存区域主要包括方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器五部分，其中虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程私有的，生命周期跟其所属的线程一致，所以不涉及到垃圾回收，而方法区和堆是所有线程共享的内存区域，是垃圾回收的主要战场。
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程序计数器 Program Counter Register
一块较小的内存区间，唯一一个在java虚拟机规范里没有规定任何OutOfMemoryError情况的区域。
它可以看做是当前线程所执行的字节码的行号指示器。由于Java虚拟机的多线程是通过线程轮流切换并分配处理器执行时间的方式来实现的，在任何一个确定的时刻，一个处理器（对于多核处理器来说是一个内核）都只会执行一条线程中的指令。因此，为了线程切换后能恢复到正确的执行位置，每条线程都需要有一个独立的程序计数器，各条线程之间计数器互不影响，独立存储，将这类内存区域称为“线程私有”的内存。
Java虚拟机栈 Java Virtual Machine Stacks
线程私有，生命周期与线程相同
虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧（Stack Overflow Frame）用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
局部变量表存放的内容包括：编译期可知的各种基本数据类型（boolean、byte、char、short、int、long、float、double）、对象引用（Reference类型，它不等同于对象本身，可能是一个指向对象起始地址的引用指针，也可能是指向一个代表对象的句柄或其他与此对象相关的位置）和returnAddress类型（指向了一条字节码指令的地址）。
局部变量表所需的内存空间在编译期间完成分配，当进入一个方法时，这个方法需要在栈中分配多大的局部变量空间是完全确定的，在方法运行期间不会改变局部变量表的大小。
在Java虚拟机规范中，对Java虚拟机栈规定了两种异常情况：
StackOverflowError：当线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的深度时抛出
OutOfMemoryError：当虚拟机可以动态扩展（当前大部分的Java虚拟机都可以动态扩展，只不过Java虚拟机规范中也允许固定长度的虚拟机栈），如果扩展时无法申请到足够的内存抛出
本地方法栈 Native Method Stack
本地方法栈为虚拟机使用到的Native方法服务。与虚拟机栈一样，本地方法栈区域也会抛出StackOverflowError和OutOfMemoryError异常。
Java堆 Java Heap
Java堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。
对绝大多数应用来说，Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块，此内存区域的唯一目的就是存放对象实例。几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆是垃圾回收的主要区域，从内存回收的角度看，由于现在收集器基本都采用分代收集算法，所以Java堆中还可以细分为：新生代和老年代；再细致一点分为Eden空间、From Suviror空间、To Surviror空间等。
方法区 Method Area
与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域。
它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。
如何判断是否垃圾对象
在堆中存放着大量的Java对象，然而怎么判断一个Java对象到底是不是垃圾对象呢？目前比较常用的有两种方法。
引用计数算法
引用计数算法的原理比较简单，给所有的对象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+1，当引用失效时值就-1，任何时刻计数器值为0的对象就是不可能再被使用的。但是其存在一个问题:很难解决对象之间循环引用的问题。
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如图所示，对象A、B互相持有对方的引用，但是在它们之外没有任何地方有它们的引用，因此它们应该属于被清理的对象，但是引用计数不为0。
可达性分析算法
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（Reference Chain），当一个对象到GO Roots没有任何引用链相连（用图论的话来说，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的。
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Java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
如何回收垃圾对象
回收垃圾对象即将垃圾对象删除，释放对象所占用的内存空间，以使该部分内存可以被用于分配给其他对象。常用的方法有一下几种，下面分别介绍。
标记-清除算法
算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。这是最基础的收集算法，实现简单，但是存在两点不足：一个是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；另一个是空间问题，标记和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
它的原理是将可用内存按容量分为大小相等的两块，每次只是用其中的一块，当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。使用这种算法完全不需要担心内存碎片的问题，但是内存的利用率太低，可用内存为总内存的一般，利用率仅为50%。
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的对象都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。“标记-整理”（Mark-Compact）算法和“标记-清除”算法类似，只是标记的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，然后直接清理端边界以外的内存。可以折中解决标记清除的内存碎片和复制算法的内存使用率低的问题。
分代收集算法
当前商业虚拟机的垃圾收集原理都采用“分代收集”（Generational Collection）算法，它是根据对象的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”算法进行回收。
综上，Java垃圾回收的理论部分已经学习完毕，接下来对将对垃圾收集器的具体实现进行学习，敬请期待！
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