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1、什么是GC？

JVM垃圾收集（Java garbage collection）。

GC采用的分带收集算法：

• 次数上频繁收集Young区。
• 次数上较少收集Old区。
• 基本不会动Perm区。

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2、GC算法的总体概述

JVM在进行gc时，并非每次都会对上面的三个内存区域一起回收，大部分时候回收的都只是新生代。

GC按照回收的区域分了两种类型：

• 普通GC（又称之为minor gc）：只针对新生代区域的gc。
• 全局GC（major gc or full gc）：针对老年代的gc，偶尔伴随着新生代的gc以及对永久代的gc。

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3、JVM所处的位置

JVM运行在操作系统OS之上，与硬件并没有直接的交互。

4、JVM整体结构

• HotSpot VM是当前市面上高性能Java虚拟机的代表作之一。
• 采用解释器 和即时编译并存的架构，解释器也就是虚拟机处理字段码的CPU；
• JVM运行整体逻辑框图如下：
  
  其中，执行引擎包含三部分：解释器、即时编译器器、垃圾回收GC。

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5、JVM架构模型

Java编译器输入的指令流基本上都是按照基于栈的指令集架构，另外一种指令集架构则是基于寄存器的指令集架构，具体差异如下：

基于栈指令集架构：

• 设计实现简单，适用于资源受限的系统；
• 避开了寄存器的分配难题，使用零地址指令方式分配；
• 指令流中的指令大部分都是零地址指令，执行过程依赖于操作栈。指令集更小，编译器更容易实现；
• 不需要硬件级支持，可移植性好，更好实现跨平台。

基于寄存器指令集架构：

• 典型的应用是X86的二进制指令集，例如传统PC以及Android的Davlik 虚拟机。
• 指令集架构则完全依赖于硬件，可移植性差。
• 性能优秀和执行高效。
• 花费了更少的指令去完成 一项操作 。
• 大部分情况下，基于寄存器架构的指令集往往都是以一地址指令、二地址指令和三地址指令为主，而基于栈结构的指令集却往往以零地址指令为主要。

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6、Java垃圾回收机制优缺点

优点：

• 自动内存管理，无序开发人员手动参与内存的分配和回收，降低内存泄露或者溢出的风险。
• 自动内存管理机制，让开发人员着重业务逻辑的实现。
• oracle官网关于GC机制的介绍：GC机制概述。

7、GC主要关注的区域

GC主要关注方法区和堆的垃圾收集。

垃圾收集可以对年轻代回收，也可以对老年代回收，甚至是全栈和方法区 的回收。

垃圾回收算法：标记阶段，引用计数

堆里存放的几乎所有Java对象，在GC执行垃圾回收之前，首先休要区分内存哪些是存活的对象，哪些是已经死亡的对象。

一般判定对象存活的方式有两种：引用计数、可达性分析算法。

引用计数算法（reference counting）对每一个对象保存一个整型的引用计数器属性，记录对象被引用的情况。

• 对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器+1；当引用失效时，引用计数器-1；
• 若对象A的引用计数器数值0，则表示对象A不可能被使用，可以被GC。
• 优点：实现简单，垃圾对象便于辨识，判定效率高，回收没有延迟。
• 缺点：需要单独的字段存储计数器，增加了存储空间的开销。

每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，增加了时间开销。
引用计数器有一个严重的问题，无法处理循环引用的情况，这是致命缺陷。

循环引用

若p的指针断开的时候，内部的引用形成了一个循环，这就是循环引用。从而造成了内存的泄露。

给出测试代码：

public class RefCountGC {
	// 这个成员属性的唯一作用就是占用内存空间
	private byte[] bigSize = new byte[5 * 1025 * 1024];
	// 引用
	Object reference = null;
	
	public static void main(String[] args) {
		RefCountGC obj1 = new RefCountGC();
		RefCountGC obj2 = new RefCountGC();
		obj1.reference = obj2;
		obj2.reference = obj1;
		obj1 = null;
		obj2 = null;
		// 显式的执行GC行为，判定obj1和obj2是否被gc了
		System.gc();
	}
}

若使用了引用计数算法，则这两个对象都无法被GC，但是测试会发现均被回收了，则说明Java使用的并不是上述提及的算法。

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标记阶段：可达性分析算法

可达性分析算法：可以称之为根搜索算法、追踪性能垃圾收集。

相比较于引用计数算法而言，可达性分析算法不仅同样具备实现简单和执行高效等特点，更重要的是可以有效解决循环引用的问题，防止内存泄露的发生。

实现基本思路：

• 可达性分析算法是以根对象集合（GCroot）为起始点，按照从上至下方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达。
• 使用了可达性分析算法后，内存存活对象都会被根对象直接或者间接连接着，搜索所走过的路径称之为引用链（Reference Chain）。
• 若目标对象没有任何引用链相连，则不可达，意味着该对象已经死亡，可以被GC。
• 在可达性分析算法中，只有能够被根对象集合直接或者简介链接的对象才是存活对象。
  

GC root可以是哪些？

• 虚拟机栈中引用的对象，例如各个线程调用的方法中使用到的参数、局部变量等等。
• 本地方法的栈内JNI（也就是通常说的本地方法 ）引用的对象方法区中类静态属性引用的对象，例如Java类的引用类型的静态变量。
• 方法区中的常量引用的对象，例如字符串常量池String Table存在的引用。
• 所有被同步锁synchronized 所持有的对象。
• Java虚拟机内部的引用，例如：基本数据类型对应的Class对象、一些常驻的异常对象（NullPointerException、outofMemoryError）、==类加载器 ==。
• 反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中 注册的回调、本地代码缓存等等。

总结①

除了堆空间 的一些结构，例如：虚拟机栈、本地方法栈、方法区、字符串常量池等地方对堆空间进行引用的，都可以拿来作为GC root进行可达性分析。

除了这些固定的GC Root集合之外，根据用户所选择的GC收集器以及当前回收的内存区域不同，还可以有其他对象临时性 的加入，共同构成完整的GC Root集合，例如：分代收集 和局部回收（PartialGC）。

由于root采用了栈方法存放变量和指针，若是一个指针，则保存了堆内存的对象，但是自己又不存放在堆内存里面，那么其就是一个Root。
注意：若要使用可达性分析来判定内存是否可以被回收，那么分析工作必须要在一个能保证一致性的快照中进行。若无法满足这点则分析结果的准确度存疑。
以上这点也是导致GC进行时必须stop the world 的一个重要原因，即使是在号称（几乎）不会发生停顿的CMS收集器中，枚举根节点也是必须要停顿的。

8、对象的finalization机制

Java语言提供了对象终止（finalization）机制来允许开发人员 提供对象被销毁之前的自定义处理逻辑 。

若GC发现没有引用指向一个对象，也就是：GC该对象之前，总是会调用该对象的finalize方法。

finalize方法允许在子类中被重写，用于在对象被回收之前进行资源的释放。通常会在这个方法中进行一些资源释放和清理的工作，例如：关闭文件IO流、套接字或者是数据库连接等等。

注意

永远不要 主动调用某一个对象的finalize方法，应该交给GC使用，原因如下：

• 在finalize方法时可能会导致该对象复活。
• finalize方法执行的时候时间是没有保障的，完全由GC线程来决定，在某些极端情况下，若不发生GC，则finalize完全没有执行的机会；由于优先级比较低，即使主动调用了这个方法，也不会因此直接进行回收。
• 一个糟糕的finalize会严重的影响GC性能。

从功能角度来说，finalize类似C++的析构函数，但是Java采用的是基于GC的自动内存管理机制，所以finalize方法在本质上不同于C++中的析构函数。

由于finalize方法的存在，虚拟机中的对象一般处于三种可能的状态。

生存还是死亡？

若从所有的根节点都无法访问到某一个对象的时候，说明对象已经无法使用了，则一般来说该被GC回收。

但是实际上 ，一个无法触及的对象可能在某一个条件下复活自己，若是这样，GC回收就是不合理的，因此，定义虚拟机中的对象可能的三种状态如下：

• 可触及的：从根节点开始，可以到达的对象。
• 可复活的：对象的所有引用都被释放了，但是对象可能在 finalize中复活。
• 不可触及的：对象的finalize方法被调用了，并且没有复活，那么进入不可触及状态。不可触及对象不可能被复活，因此finalize只会被调用了一次。

以上的三种状态中，由于finalize方法的存在，只有在对象不可触及的时候才能被GC。

具体的过程如何？

判定一个对象objA是否能被GC，至少需要经历两次标记过程：

• 若对象objA到达GC Root没有引用链，则进行了第一次的标记过程。
• 开始进行筛选，判定该对象是否有必要执行finalize方法。
• • 若对象objA没有重写finalize方法，或者finalize方法已经被虚拟机调用过了，则虚拟机将会视之为没有必要执行，objA判定不可触及。
• • 若对象objA重写了 finalize方法，并且还没有执行过，那么objA会被插入到F-Queue队列中，由一个虚拟机自动创建的、低优先级的Finalizer线程触发其finalize方法执行。
• • finalize方法是对象逃脱或者 死亡的最后机会，稍后GC会对F-Queue队列中的对象进行了第二次标记；若objA在finalize方法中引用链上的任何一个对象建立了联系，那么在第二次标记时，objA会被移除即将GC的集合。在这之后，对象再次出现没有引用的情况，这种情况下，finalize方法不会被再次调用，对象直接变成不可触及 的状态，也就是说，一个对象的finalize方法只会被调用一次。