1.什么是垃圾?
指的是不再使用的内存。
2.垃圾回收
将不用的内存，自动释放，解决内存泄露问题。
3.GC主要针对堆进行释放
GC是以"对象"为基本单位，进行回收，而不是字节。
垃圾回收（GC）主要处理三种情况：
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完全不使用的对象：当一个对象不再被任何其他对象或程序部分引用时，GC会将其识别为垃圾并回收。这意味着，只有在对象完全没有被引用时，才会成为垃圾回收的目标。
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部分引用的对象：如果一个对象仅部分属性或方法不再被使用，但整体上仍有引用存在，GC不会回收该对象。只有当对象作为一个整体不再需要时，才会考虑回收。
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回收策略：在执行垃圾回收时，GC会回收整个对象，而不会只回收对象的某一部分。即，垃圾回收器是基于对象整体来判定是否需要回收，而不是基于对象的部分属性或方法。
这种回收机制确保了内存的有效管理和程序的稳定性，避免因部分回收导致的程序错误或内存泄漏。
4.实际工作过程
1.判定垃圾方法
如何判断哪个对象是垃圾，哪个对象不是垃圾，关键思路：抓住这个对象，查看它到底有没有"引用"指向它?那应该如何具体知道对象是否有引用指向？
1.1死亡对象判定方法
1.1.1 引用计数
引用计数机制是一种垃圾回收策略，它通过给每个对象分配一个引用计数器来跟踪对象的引用情况。具体流程如下：
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初始化引用计数器：当创建一个新的对象时，为其分配一个初始值为0的引用计数器。
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增加引用计数：每当有一个引用指向该对象时，将该对象的引用计数器加1。这可以通过赋值操作、参数传递等方式实现。
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减少引用计数：每当某个引用被销毁或不再指向该对象时，将该对象的引用计数器减1。
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检查引用计数：当对象的引用计数器变为0时，意味着没有任何引用指向该对象，因此可以认为它是垃圾。此时，垃圾回收器会释放该对象所占用的内存空间。
引用计数机制的局限性可以从以下几个方面进行详细分析：
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内存空间利用率低
- 每个对象都需要一个额外的引用计数器来记录其被引用的次数。这个计数器会随着对象的创建而分配，无论对象的大小如何。
- 假设每个引用计数器占用4个字节的存储空间，对于一个体积为1KB的对象，附加的空间消耗相当于增加了约4%的额外空间。而对于更小的对象，比如4字节的对象，引用计数器的体积与对象本身的体积相等，这意味着整体空间占用翻了一倍。
- 这种空间的额外消耗在处理大量小型对象时尤为明显，可能导致显著的内存效率降低。
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循环引用问题
- 当两个或多个对象彼此之间相互引用，但没有其他活动路径可以访问这些对象时，就形成了所谓的循环引用。此时，即使这些对象不再被程序的其他部分使用，它们的引用计数也不会归零。
- 例如，考虑两个对象（1号和2号）互相引用，但没有任何外部引用指向它们。如果销毁它们之间的相互引用，每个对象的引用计数将从1减到0。然而，由于它们彼此之间的存在引用，引用计数器不会归零。
- 这种情况下，即使这两个对象实际上已经无法被程序访问，它们仍然不会被标记为垃圾，从而导致内存泄露。
1.1.2 可达性分析
在Java中，对象之间通过引用相互联系，形成了复杂的链式或树形结构。
以二叉树为例，一个对象的引用可能指向另一个对象，而这个对象的成员又可能指向其他对象，这样的关系构成了一个整体的网络。
为了有效地管理内存，Java使用了可达性分析来标记和清除不再使用的对象。
可达性分析的基本概念：
- 将所有Java对象视为通过引用连接成的树结构。
- 从根节点（称为GC roots）开始遍历，标记所有可达的对象。
- GC roots包括栈上的局部变量、常量池中的对象以及静态成员变量。
- 不可达的对象，即从GC roots无法遍历到的对象，被视为垃圾，将被回收。
可达性分析的缺点：
- 速度较慢：与引用计数相比，可达性分析需要遍历整个对象树，这通常是一个较慢的过程。
- 间歇性执行：尽管速度较慢，但可达性分析不需要持续执行。它通常会在特定的时间间隔内进行，以减少对系统性能的影响。
2.对象释放方法
2.1 标记-清除算法
标记-清除（Mark-and-Sweep）算法分为“标记（Mark）”和“清除（Sweep）”阶段：首先标记出所有不需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有没有被标记的对象。
如下图，灰色部分，为标记的对象。
但是这种算法，会产生明显的两个问题:
1.效率问题:标记和清除两个过程效率都不高；
2.内存碎片问题:标记清除后，被释放的空闲空间，是零散的，不是连续的，会有内存碎片问题。
2.2 复制算法
复制(Copying)算法为了解决内存碎片问题而出现的，它将内存分成大小相同的两块，然后将"不是垃圾"的对象复制到另一半，然后再把使用的空间一次性清理掉。
虽然复制算法解决了内存碎片问题，但是它也存在两个明显的问题:
1.空间效率:空间利用率低，可用内存缩小为原来的一半；
2.复制成本问题:如果要清除的垃圾比较少，有效对象比较多，复制成本比较大。
2.3 标记-整理算法
标记-整理算法（Mark-and-Compact）是一种解决复制算法缺点的内存回收方法。它与"标记-清理"算法在标记过程上相同，但不同之处在于处理存活对象的方式。标记-清理算法会直接回收垃圾对象，而标记-整理算法则是将所有存活对象向一端移动，然后直接清理掉垃圾对象。这种方法类似于顺序表中删除中间元素时的元素搬运操作。
虽然标记-整理算法解决了内存碎片问题，同时也保证了空间利用率问题，但是它也存在明显的问题:
效率不高，如果要搬运的空间比较大，此时开销比较大
2.4 分代回收算法
上述算法各有优缺点，我们可以根据不同的场景应用不同的算法，从而得出了一个复合算法——分代回收算法。该算法将垃圾回收分为不同的场景，根据对象的生命周期长短来选择使用哪种算法。
Java的对象要么生命周期特别短，要么生命周期特别长。我们可以引入一个概念，即对象的年龄。年龄是指对象熬过垃圾回收（GC）的轮次。经过一次垃圾回收的扫描，如果发现这个对象还不是垃圾，就为它增加一轮年龄。
对于年轻代的对象，我们可以使用复制算法或标记-整理算法进行垃圾回收；而对于老年代的对象，我们可以使用标记-清理算法或标记-整理算法进行垃圾回收。
如上图，根据对象的年龄，我们将对象分成不同的代。新创建的对象，其年龄为0，被放置在伊甸区(Eden Space)。在年轻代中，我们使用复制算法来进行垃圾回收。当对象在垃圾回收过程中存活下来，即熬过一轮GC后，它会被移动到幸存区（Survivor Space）。
在幸存区，对象会继续经历周期性的垃圾回收扫描。如果对象被识别为垃圾，则会被释放；如果不是垃圾，它会被拷贝到另一个幸存区。注意，两个幸存区不会同时使用，而是交替使用。由于幸存区的空间相对较小，这种来回拷贝导致的空间浪费是可以接受的。
如果一个对象在两个幸存区之间多次来回拷贝，它的年龄会逐渐增加，最终会被移至老年代（Old Generation）。老年代中的对象通常具有较长的生命周期。对于老年代，我们也需要进行周期性的垃圾回收扫描，但相比年轻代，频率更低。在老年代，我们采用标记-整理算法来释放空间。
通过这种分代回收的方式，我们可以更高效地管理内存，对不同生命周期的对象采用适当的垃圾回收策略，从而优化程序的性能和内存使用效率。
