JVM原理：JVM垃圾回收算法（通俗易懂）

前言
正文
- 垃圾标记算法
- - 引用类型
  - - 强引用
    - 软引用
    - 弱引用
    - 虚引用
  - 引用计数法
  - - 循环引用问题
  - 根可达性分析法
  - - 虚拟机栈（栈帧的局部变量表）中的引用
    - 方法区中类静态属性引用
    - 方法区中常量引用
    - 本地方法栈（Native方法）引用
- 垃圾回收算法
- - 标记清除算法
  - 复制算法
  - - 复制算法和标记清除算法如何选择？
  - 标记整理算法
  - 分代收集算法
总结

前言

为什么程序跑久了有时会变卡，如果你看过笔者的《JVM运行时内存模型》那么应该知道用户线程在跑时会将new出来的对象放到虚拟机堆中，当堆满了之后会发生垃圾回收，而垃圾回收过程中会STW，也就是停止用户线程运行，这种在程序层面看来就是没反应，所以如果出现这种问题，我们就要想办法让STW的时间尽量的变短；

这分为几种情况，垃圾回收时间长或者垃圾回收的频率高；

垃圾回收时间长的情况？

可能是因为GC要扫描的区域比较大有，清理时间较长，或者说我们选择的垃圾回收器不适合当下情况

GC频率过高

可能有部分对象发生内存泄漏，导致无法回收，占用堆空间，此时的堆空间变小，满了就触发GC，频率自然高。也可能是年轻代和老年代空间分配不合理，空间过小导致频繁GC；

正文

认清原理,并接受原理,才能有效地做事情，所以我们要知道有哪些垃圾回收算法、哪些垃圾回收器，了解其特性，才可以帮忙我们进行程序优化。

垃圾标记算法

程序运行时，堆中存储了一堆对象，那垃圾回收器怎么知道哪些需要回收，不会发生误回收的情况呢？当一个实例对象有被引用时可以认为它是个活跃的状态，不进行回收。所以根据这个特性，可以添加一个标记专门记录被引用的次数，当次数不为0的就不进行垃圾回收，这种方式就是引用计数法。还可以在根节点挨个遍历，遍历到的对象进行标记，那些没遍历到的则被当作垃圾处理，这里的根节点可以简单理解为main方法里面开始的都是根，这种方式就是根可达性分析法；目前使用最多的是根可达性分析法；

引用类型

强引用

强引用我们平常用得最多，强引用在内存不足时，垃圾回收器不会进行回收，即使抛出OOM，因为该实例对象被引用，证明不是垃圾数据。

如：

Person person=new Person();

软引用

软引用在内存不足时（证明老年代满了，触发FULL GC），垃圾回收器会进行回收，所以垃圾标记算法在扫描标记时，判断如果引用为软引用，则把它当垃圾处理；

如：

Person person=new Person();

SoftReference<Person> sPerson=new SoftReference<>(new Persion());

弱引用

弱引用不管内存够不够时，这里内存够触发GC则证明年轻代满了触发YGC，内存不够则证明是老年代满了触发FULL GC，只要进行垃圾回收就会被当垃圾清除；

如：

Person person=new Person();

WeakReference<Person> sPerson=new WeakReference<>(new Persion());

虚引用

虚引用在垃圾回收时被清理，一般配合队列使用，在垃圾回收时会将其加入队列，此时队列可以拿到虚引用，但是虚引用指向的强引用Person已经被回收了，调用phantomReference.get()方法时获取不到实例对象；

 ReferenceQueue<Person> QUEUE = new RegferenceQueue<>();
 Person person=new Person();
 PhantomReference phantomReference = new PhantomReference(person, QUEUE);

引用计数法

我们在引用指向对象时就给该对象引用次数加1，在指引指向别的对象或变量销毁时将其-1，在垃圾回收器进行回收时，判断对象的引用标记数是否为0，如果为0则认为它是垃圾数据，对其进行回收；

优点：算法简单，判断搞笑

缺点：无法解决循环引用问题

循环引用问题

public class MyObject {
    public Object ref = null;
    public static void main(String[] args) {
        Person person1 = new Person();
        Person person2 = new Person();
        person1.friend = person2;
        person2.friend = person1;
        person1 = null;
        person2 = null;
    }
}

在这里插入图片描述

虽然person1对象和person2对象已经没有任何引用指向它们了，但是此时它们的引用标记数依旧不为0，垃圾回收器认为它们不是垃圾，导致空间无法得到释放；

在这里插入图片描述

根可达性分析法

根可达性法以GC ROOTS节点为起点，开始往下扫描，遍历属性引用关系来判断对象是否为可回收的垃圾对象；如果把ROOTS比喻成江河的源头，那么那些未跟源头相通的河或者内湖就可以理解为垃圾对象，三色标记法是比较常用的根可达性分析法；

在这里插入图片描述

那么，GC Roots 是什么呢？

虚拟机栈（栈帧的局部变量表）中的引用

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        // 创建实例A
        // a1：就是虚拟机栈（栈帧的局部变量表）中引用
        A a1 = new A();
        
        // 当 a1 不再指向实例A的时候，实例A 将不可达
        a1 = null;
    }
}

当开启一个新线程时，会创建线程私有的虚拟机栈，栈帧中维护着局部变量表，线程执行方法中的变量会记录到局部变量表里面，所以可以把局部变量表的变量理解为GC Roots，往下遍历其引用链，在引用链上的都是可用对象；

方法区中类静态属性引用

public class Demo {
    // 创建实例A
    // a2：方法区中类静态属性引用
    public static A a2 = new A();

    public static void main(String[] args) {
        // 当 a2 不再指向实例A的时候，实例A 将不可达
        a2 = null;
    }
}

当属性被static修饰时，其变量会放到方法区中的静态变量区中，静态变量区的变量指向的引用可以看作GC ROOTS；

方法区中常量引用

public class Demo {
    // 创建实例A
    // a3：方法区中常量引用
    public static final A a3 = new A();

    public static void main(String[] args) {
        // 当 a3 不再指向实例A的时候，实例A 将不可达
        a3 = null;
    }
}