通过以上JVM两篇文章的介绍，我们大致了解了Java的内存模型以及对象的存储和分配，本文在基于以上知识开始讲解内存的回收，本文尝试解决以下的几个问题：
（1）哪些内存需要回收？
（2）什么时候进行内存回收？
（3）如何回收内存?
上篇文章文章我们已经讲解了Java内存运行时内存区域的各个部分，其中程序计数器、虚拟机栈和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出而有条不紊的执行着出栈和入栈的操作，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是已知的，因此这几个区域的内存分配和回收都具有确定性，在这几个区域内疚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间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，垃圾回收器所关注的是这部分内存。
如何确定需要回收的对象?
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会收钱，首先要做的事情就是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）。目前主要有两种方法来确定对象是死还是活。
引用计数法
引用计数法是给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就加1，当引用失效时，计数器值就减一：任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的，但是这个算法有个问题，那就是它很难解决对象之间的相互循环引用的问题。
可达性分析法
在主流的商用程序语言中都是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些列的称为“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GC Roots没有任何引用链相连时，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：
（1）虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
（2）方法区中类静态属性引用的对象。
（3）方法区中常量引用的对象。
（4）本地方法中JNI引用的对象。
引用的几种类型
无论是通过引用计数算法判断对象的引用数量，还是通过可达性分析算法判断对象的引用链是否可达，判定对象是否存活都与“引用”有关，有这样一类对象：当内存空间还足够时，则保留在内存之中，如果内存空间在进行垃圾收集后还是非常紧张，则可以抛弃这些对象。也就是如下四种引用类型
强引用
强引用是在代码中非常普遍的，类似 Object obj = new Object()这类引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
软引用
软引用是用来描述一些还有用但并非必须的对象，对于引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还有足够的额内存，才会抛出内存溢出异常，可以通过SoftReference类来实现软引用。
弱引用
弱引用也是用来描述非必需对象的，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。可以通过WeakReference类来实现弱引用。
虚引用
虚引用也称为幽灵引用或者幻影引用，他是最弱的一种引用类型，一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置许虚引用关联的唯一目地就是能在·这个对象被收集器回收时收到一个系统通知，可以通过PhantomReference类来实现虚引用。
小结
强引用对象是永远也不会被回收的；软引用对象在内存不足时列入回收的范围，下次回收，如果下次回收内存还不足则会包内存溢出异常；弱引用只能生存到下一次垃圾回收之前。虚引用的唯一目地就是在这个对象被收集时收到一个系统通知，可见，强引用、软引用、弱引用、虚引用他们的引用强度是依次减弱。
回收方法区
方法区（永久代）的垃圾回收主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类。回收废弃常量与回收堆中的对象非常类似，以如常量池中的字面量为例，加入一个字符串“abc”已经进入了常量池，但是当前系统没有任何一个String对象是叫做“abc”的，换句话说，就是没有任何String对象引用常量池中的"abc"常量，也没有其他地方引用了这个字面量，如果这时发生内存回收，而且必要的话这个“abc”常量就会被系统清理。而判定一个类是否是一个无用的类则需要满足以下条件：
（1）该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例。
（2）加载该类的ClassLoader已经被回收。
（3）该类对于的java.lang.Class对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。
垃圾收集算法
由于垃圾收集算法的实现设计大量的程序细节，而且各个平台的虚拟机操作内存的方法各不相同，一次你本节不打算过多的讨论算法的实现，只是介绍几种算法的思想及其发展·过程。
标记-清除算法
最基础的收集算法就是“标记-清除”（Mark-Sweap）算法，如同他的名子一样，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，它的标记过程上面已经说过了。但是此算法有两个不足：
（1）效率不高，标记和清除两个过程的效率都不高。
（2）空间碎片问题，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的动作，标记清除的执行过程如下:
复制算法
为了解决效率问题，一种称为“复制（Copying）”的算法出现了，它讲课用的内存按照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外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样是的每次都是整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一般，代价有点高，其执行过程如下:
标记-整理算法
复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会降低，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。
标记整理算法的标记仍然和标记-清除一样，但是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，其执行过程如下:
分代收集算法
当前商业虚拟机的垃圾收集器都是采用“分代收集”（Generational Collection）算法，这种算法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，每次垃圾收集时都会发现有大批对象死去，只有少量存货，那就选用复制算法，只需要付出少量存货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，没有额外空间对他进行分配担保，就必须使用标记-清理或者标记-整理算法进行回收了。
垃圾收集器
如果说垃圾收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。java虚拟机规范中队垃圾收集器应该如何实现没有任何规定，因此不同的厂商和不同的虚拟机版本提供的垃圾收集器都有可能会有很大差别。并且一般都会提供参数供用户根据自己的应用特点和要求组合出各个年代所使用的收集器。HotSpot虚拟机的垃圾收集器如下图所示：
图中展示了7中作用于不同分代的收集器，如果两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用。虚拟机所处的区域则表示它是属于新生代收集器还是老年代收集器，首先我们得明确一个观点，那就是垃圾收集器在工作时，所有的线程都会暂停工作。
Serial收集器
Serial收集器是最基本、发展历史最悠久的收集器，其名字已经揭示了它是单线程的收集器，但是它”单线程“的意义不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程区完成垃圾收集工作，更重要的是在它运行垃圾收集时，必须暂停所有的工作线程，直到它收集结束。
ParNew收集器
ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，除了使用多条线程进行垃圾收集之外，其余行为和Serial收集器相比并没有多大区别，同时，ParNew收集器在单CPU的环境中不会有比Serial有更好的效果。
Parallel Scavenge收集器
Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器，它采用复制算法，又是并行的多线程收集器，他的特别之处在于它的关注点与其他收集器不同，CMS等收集器是尽可能的缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间，而Parallel Scavenge收集器的目地则是达到一个可控制的吞吐量。所谓的吞吐量就是CPU可用于运行用户代码的时间与CPU总小号时间的比值。比如如果虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉了1分钟，那吞吐量就是99%。
Serial Old收集器
Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样也是一个单线程收集器，使用标记-整理算法，这个收集器的主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用。
Parallel Old收集器
Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和标记-整理算法。
CMS收集器（Concurrent Mark Sweap）
CMS收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目的的收集器。从名字就可以看出来CMS收集器是基于标记-清除算法实现的，它的运作包括以下四个步骤：
（1）初始化标记（CMS initial mark）
（2）并发标记（CMS concurrent mark）
（3）重新标记（CMS remark）
（4）并发清除（CMS concurrent sweep）
其中，初始标记、重新标记着连个步骤仍然需要暂停。出事标记仅仅只是表一以下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快。
G1收集器
G1收集器与其它收集器相比具有以下特点：
（1）并行与并发:G1能够充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势，使用多个CPU来缩短停顿时间。
（2）分代收集：与其它收集器一样，分代概念在G1中仍然得以保留。
（3）空间整合：与CMS的标记-清理算法不同，G1从整体来看是基于标记-整理算法实现的收集器，从局部上来看是基于复制算法实现的，但是无论如何，这两种算法都意味着G1运作期间不会产生内存空间碎片，手机后能提供规整的可用内存。
（4）可预测的停顿：这是G1相对于CMS的另一大优势。
内存分配与回收策略
Java计数体系中所提倡的自动内存管理最终可以为结尾自动化的解决了两个问题：给对象分配内存以及回收分配给对象的内存。
对象的分配从大的方向说就是在堆上分配，对象主要分配在新生代的Eden区上，如果启动了本地线程分配缓存，将按照线程有限在TLAB上分配。先介绍两种类型的回收：
（1）新生代GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为Java对象大多具备朝生夕死的特性，所以Minor GC非常频繁，一般回收速度也比较快。
（2）老年代GC（Major GC）：指发生在老年代的GC，出现Major GC，经常会伴随至少一次的Minor GC（但不是绝对的）。Major GC的速度一般回避Minor GC的速度慢10倍以上。
对象优先在Eden上分配
大多数情况下，对象在新圣代Eden区中分配。当Eden区没有足够空间进行分配时，虚拟机将会发起一次Minor GC。
大对象直接进入老年代
所谓的大对虾就是指，需要大量连续内存空间的Java对象，最典型的大对虾就是那种很长的字符串以及数组（byte[]数组就是典型的大对象）。大对象对虚拟机的内存分配来说是一个坏消息，但是比遇到一个大对虾更加坏的消息是遇到一群“朝生夕灭”的大对象，经常出现大对象容易导致内存还有不少空间时就提前出发垃圾收集以获取足够的连续空间来安置他们。
长期存活的对象将进入老年代
既然虚拟机采用了分代收集的思想来管理内存，那么内存回收时就必须能识别哪些对象应放在新生代，哪些对象应放在老年代中，为了做到这点，虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄计数器，如果对象在Eden出生并经历过第一次Minor GC后仍然存活并且能被Survivor容纳的话将会被移动到Survivor空间中，并且对象年龄设置为1.对象在Survivor区中每熬过一次Minor GC，年龄就增加1岁，当它的年龄增加到一定程度（默认为15）就将会被晋升到老年代中。
动态对象年龄判定
为了能更好的适应不同程序的内存状况，虚拟机并不是永远的要求对象的年龄必须达到了阈值要求的年龄才能晋升到老年代，如果在Survivor空间中相同年龄所有对象大小的综合大于Survivor空间的一般，年龄大于或等于该年龄的对象就可以直接进入老年代。
总结
本节主要介绍了对象存活的判定、垃圾回收的几种算法以及几种已经实现的垃圾收集器。并且对内存分配的策略也简单的介绍了下。通过本章的点拨后，至少能够知道垃圾是如何被回收的、何时被回收的以及回收的顺序。
