JVM （标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法、分代收集算法、分区算法）

JVM如何判断对象是否存活？

在Java堆中存放着所有Java的对象实例 ，在GC执行垃圾收回之前，JVM需要标识出来哪些是对象已经不被引用(垃圾)，哪些被引用，而JVM有两种垃圾标识对象是否存活，分别是：引用计数算法和可达性分析算法。

引用计数算法（Reference Counting）：

实现比较简单，对每一个对象保存一个整型的引用计数器属性。用于记录对象被引用的情况。

优点：实现比较简单，很容易判断是否是垃圾，判断效率高，回收没有延迟性。

缺点：

需要单独的字段来存储，增加空间的开销;

每次值的更新需要更新计数器，伴随加法和减法操作，增加一定时延;

引用计数器有一个严重的问题，无法处理循环引用的问题，导致不知道是否是垃圾还是存活类似A->B->A的问题，会造成内存泄漏。

可达性分析算法（Reachability Analysis）：

可达性分析算法是java采用来判断对象是否存在的算法，通过判断"GC Roots"是否被直接或间接引用，这种会被可达性分析通过搜索路劲找到，而这个路劲叫引用链（Reference Chain），如果被存在则证明是可达的，若不是被引用则证明对象是可以被回收的。依据只是判断该GC Roots上在的这个对象是否存活，实现稍微比较复杂。

可达性分析算法GC Roots的对象包含有哪些？

虚拟机栈引用的对象

本地方法栈内JNI（本地方法）引用的对象

方法区中常量引用的对象（字符串常量池）

所有被同步锁synchronized持有的对象

Java虚拟机内部的引用

如何判断对象是否存活？

对象有三种状态：可触及、可复活、不可触及，分别代表如下：

可触及：从根节点开始，可以达到这个对象;

可复活：对象的所有引用都被释放，但是对象有可能在finalize()中复活;

不可触及：对象finalize()被调用，并且没有复活，那么就会进入不可触及状态。不可触及的对象不可能被复活，因为finalize()只会被调用一次。

对象被回收前，首先可达性分析到这个对象是否有与GC Roots的引用链，如果没有会被打上第一次标记，然后判断是否有必要执行finalize，如果被执行过或没必要就直接被垃圾回收了。如果有必要，执行后会被入到F-Queue这个队列中，然后逃过一次被GC。等到下一次GC的时候会对F-Queue这个对队列再做一次的标记，如果这次再发现没有引用链就会被直接GC回收了。

Java 中都有哪些引用类型？

强引用：发生 gc 的时候不会被回收。new

软引用：有用但不是必须的对象，在发生内存溢出之前会被回收。SoftReference

弱引用：有用但不是必须的对象，在下一次GC时会被回收。WeakReference

虚引用（幽灵引用/幻影引用）：无法通过虚引用获得对象，用 PhantomReference 实现虚引用，虚引用的用途是在 gc 时返回一个通知。

PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue);

可达性分析算法是JAVA采用判断对象存活的算法。

JVM收集器算法有哪些呢？

标记-清除算法（Mark-Sweep）

标记---清除算法(Mark-Sweep)是一种非常基础和常见的垃圾收集算法,该算法被J.McCarthy等人在1960年提出并并应用于Lisp语言。标记清除的执行过程是先标记，再清除。

特点：实现简单

缺点：每次清除的时候都需要停机、存在内存空间太强片化问题。

复制算法（Copying）

复制（Copying）算法是为了解决标记-清除算法，的效率和收集的时间空间不连续等问题。主要的实现是将空间分为两份，将存活的对象移到另外一份，标记完后，将原来的空间清除，这样的话空间是连续的，并且效率较高。

特点：空间连续无碎片化、清除高效;

缺点：

压缩一半空间，垃圾清楚的时候一半空间不可用。

对存活对象较多的老年代下，交率较差。

标记-整理算法（Mark-Compact）

由于复制算法的高效性是建立在存活对象少，垃圾对象多的前提下的，对于新生代来说比较适合，但是针对老年代来说，很多对象是一直存活的，所以就不能用复制算法，这样会导致每次回收的垃圾很少，会造成大量的复制。所以标记-整理算法主要是针对老年代来设计的。其原理主要是：分为两个阶段，第一个阶段与标记-清理算法一样，先从根节点标记哪些是被对象引用的，第二阶段将所有存活的对象压缩移动到内存的另一端，按顺序排放，最后清除所有边界以外的空间。

注意：在JDK8默认的配置下使用 新生代，老年代的垃圾回收策略，新生代区域使用标记-复制算法，老年代区域使用标记-整理算法。

三种算法的对比？

分代收集算法（Generational Collection）

背景：由于每个收集的算法都没办法符合所有的场景，就好比每个对象所在的内存阶段不一样，被回收的概率也不一样，比如在新生代，基本可以说90%以上的都会被回收，而到老年代接近一半以上的对象则是一半存活的，所以针对这两种不同的场景，回收的策略肯定有所不一样，所以引发而出的就是分代收集算法，根据新生代和老年代不同的场景而用不同的算法，比如新生代用复制算法，而老年代则用标记-整理算法。

HotSpot基于分代的概念，GC所使用的内存回收算法是根据新生代和老年代的特点。

新生代（Yong Gen）

年轻代特点：区域相对老年代较小，对象生存周期短，存活率低，回收频繁。所以适合-标记-复制算法;

老年代（Tenured Gen）

老年代特点：区域较大，对象生命周期长、存活率高，回收不频繁，所以更适合-标记-整理算法;

像CMS、G1这些垃圾收集器都属于这个分代思想演化而来。

增量收集算法（Incremental Collecting）

现有的所有的算法都可能会导致停机-Stop the World的状态，这样会导致所有程序都被挂起，这样会影响用户体验和系统的稳定性。所以增加增量收集算法就是解决每次GC的时候导致停机的问题，其思想是每次垃圾收集中对某一个区域进行收集，再切到用户的线程,直接垃圾收集完成。这样可以很好的避免每次一回收会对整个新生代或老年代进行收集，导致停机场景。

优点：避免停机问题（Stop the World）

缺点：新的垃圾不断产生，会导致线程不断切换上下文，导致回收垃圾成本上升，导致系统吞吐量的下降;

分区收集算法

分区算法主要是通过将整个堆空间划分成连线不同的小区间，每一个区间都可以独立使用，独立回收。这样的话可以通过算法来控制每次对垃圾回收的是哪几个分区，不会因为每次一回收把某个大区都回收了，降低停机概率。

优点：避免停机和合理回收特定分区;

缺点：算法较复杂，需要动态计算每次回收的分区;

最后

垃圾收集算法，是垃圾收集器的核心，年轻代、老年代不同的场景可以针对不同的收集算法，针对JVM来说，对象是有生命周期的，当然JDK8默认的收集器是CMS新生代区域使用标记-复制算法，老年代区域使用标记-整理算法。但随着分代收集算法、分区算法等出现，可以预见不久的将来将会出现很少需要stop the word 或者甚至不停机的垃圾手机器。

参考文献：

《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第3版）》

https://blog.csdn.net/luzhensmart/article/details/81431212

https://blog.csdn.net/weixin_42128166/article/details/80184449

https://blog.csdn.net/weixin_44046437/article/details/99686843

https://blog.csdn.net/baidu_37107022/article/details/89277790

https://blog.csdn.net/wuzhiwei549/article/details/80563134