垃圾回收把程序员从繁重的内存管理的任务中解放出来，提高生产效率。我以前做C++的时候就对Java的这个特性非常感兴趣，今天结合书的参考资料，深入地研究一下GC中的原理和工作机制。（以Hotspot JVM为例）

关于对象的“生死”

当我们在Heap上分配了内存给对象实例后，JVM怎么判断某个对象已经无用可以进行回收了呢？答案是：JVM会采用根搜索算法找出所用不可达的对象，对它们进行标记。（JVM没有使用C++里智能指针常用的引用计数法。）

标记一般会做两次，第一次标记是找出所有和GC Roots不相连的对象，然后判断些对象是否有必要执行finalize()（如果对象没有覆盖finalize()或者finalize()已经被JVM调用过，则不会执行。finalize()只会被执行一次。）。如果判定为有必要执行finalize()，那对象会被放置在一个名为F-Queue的队列中。在稍后由一条JVM自动建立的、优先级很低的Finalizer线程中执行（这就是为什么常常看到finalize()执行和gc()不在一起）。原因是为了避免finalize()方法中有执行缓慢的操作。然后JVM会对F-Queue进行一次小规模的第二次标记。如果对象不能在finalize()中逃出升天，那就是真要的“死了”（被JVM回收掉）。

方法区上的回收

堆上对象生死清楚之后，看看方法区。方法区只要收集两部分内存：无用的常量和无用的类。无用常量的判断很容易和对象很像，无用的类麻烦了些。类要满足3个条件才能算是“无用的”。

• 该类所有的实例都已经被回收。
• 加载该类的ClassLoader已经被回收。
• 该类对应的Class类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。

垃圾回收的算法

知道了回收的对象，也就确定了垃圾的内存，下来看几种具体回收的算法。

1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

此算法就是先对垃圾内存进行标记，然后再清除掉。这个算法有两个缺点，一个是效率，一个是清除之后会生产很多内存碎片。

2. 复制算法（Copying）

为了解决效率问题，复制算法出现了。它将内存分为大小相等的两块，每次只使得其中一块。当这块内存用完了就将活着的对象复制到另一块上。然后再把已使用过的内存一次清理掉。这样就不用考虑内存碎片的问题了。

能选用这个算法有一个统计的前提。IBM的研究表明，新生代的对象98%是朝生夕死（但这不是说新生代的对象也就是说可以准备两块内存，但一块大一块小，比如10：1或8：1。平时使用大的，一段时间后，大内存块中大部分内存死去，把活的复制到小内存块上，实现了高效的回收。那块小内存就像是一块分配担保的空间。

3. 标记-整理算法（Mark-Compact）

复制算法有一个问题就是会浪费内存，且当如果接近100%的内存（如老年代）都存活时，复制算法就无法发挥它的优势。 于是在Mark-Sweep的之上，提出了另一种算法。在标记之后，让所有活的对象都向内存块的一端移动，再清理掉边界的内存。这样就不会有碎片了。

4. 分代收集算法（Generational Collection）

所谓“代”就是根据对象存活的周期划分出来的。Java堆分为新生代和老年代（听说C#分4代）。根据不同代的特点，采用不同的算法进行GC就是分代收集了。

• 对于新生代，每次会有大批对象死去，少量存活，就选用复制算法。
• 对于老年代，对象存活概率大，没有额外空间做担保（也没有必要），必须使用“标记-清理”或“标记-整理”算法进行回收。

垃圾回收器（Garbage Collector）

HotSpot中实做了很多不同的Garbage Collector，作用在不同的“代”上。

新生代上的垃圾回收器

1. Serial收集器

据说是最基本、历史最悠久的收集器，它是一个单线程的收集器，更可怕的是，它在执行时，会终止掉所有的用户线程，又叫“Stop the world!“。虽然每次世界只停顿短短的几ms.

回收算法采用的是复制算法。

2. ParNew收集器

它是Serial收集器的多线程版本（在新生代上），其余的行为、规则和策略都与Serial完全相同。

3. Parallel Scavenge收集器

它和ParNew一样，使用复制算法的并行多纯种收集器。但它有一个特别之处。它的目标是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）。吞吐量就是CPU用于用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值。可见高吞吐量可以最高效的利用CPU时间，尽快的完成程序的运算任务。Parallel Scavenge收集器有两个参数用于精确控制吞吐量，分别是-XX:MaxGCPauseMillis和-XX:GCTimeRatio.

MaxGCPauseMillis参数允许的值是一个大于0的毫秒数，收集器将尽力保证内在回收花费的时间不超过设定值。GC停顿时间缩短是以牺牲吞吐量和新生代空间来换取的。

GCTimeRatio参数的值是一个大于0小于100的参数，也就是垃圾收集时间占总时间的比率，相当于吞吐量的倒数。

4. CMS (Concurrent Mark Sweep) 收集器

它的目标是获取最短回收停顿时间。它是一使用的Mark-Sweep算法，分为4个步骤，包括：

• 初始标记
• 并发标记
• 重新标记
• 并发清除

 

它的优点就是并发收集、低停顿。但它也存在一些缺点：

• CMS对CPU资源非常敏感。
• CMS收集器无法处理浮动垃圾。
• 使用Mark-Sweep算法，效率低。当碎片过多时，就会触发Full-GC。

总结

本文是对JVM垃圾回收的一个概括性的总结。