本博客参考《深入理解Java虚拟机》（第二版）一书，基于JDK 1.7，提取重点知识，再加以个人的理解编写而成。转载请标明来源。

JAVA虚拟机（JVM）划重点 第三章 第一节 Java垃圾收集与内存分配策略 之 垃圾回收机制

• 概述
• 哪些对象是“垃圾”？
• 1、引用计数算法
• 2、可达性分析算法

概述

1、垃圾收集（Garbage Collection，GC）技术的历史比Java更为久远，诞生于1960年Lisp语言。当时人们就在思考3个问题：

• 哪些内存需要回收？
• 什么时候回收？
• 如何回收？

2、内存动态分配与内存回收技术已经相当成熟，一切都已“自动化”，为什么还要深入了解GC呢？

• 排查各种内存溢出、内存泄漏问题。
• 解决垃圾收集成为系统高并发量瓶颈问题时，需要对GC技术实施必要的监控与调节。

3、程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈3个区域随线程而生，随线程而灭；栈中的栈帧随着方法的进入和退出而出栈入栈，每一个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来时就已知的（除过JIT编译期在运行期会做一些优化，但我们可以大体这样认为是编译期可知的），因此这几个区域的分配和回收都具备确定性。
然而Java堆和方法区则不一样，一个接口中的对个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在程序处于运行期时才能知道创建哪些对象。这部分内存的分配和回收都是动态的，也是垃圾收集器所关注的。

哪些对象是“垃圾”？

在堆里面几乎存放着所有对象实例，垃圾收集器在对Java堆进行回收前，首先要确定哪些对象还“活着”，哪些对象已经“死去”（不可能再被任何途径使用的对象）

1、引用计数算法

给对象添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器值就加1，当引用实效时，计数器值就减1。任何时刻计数器为0的对象就是不可能被使用的。
该方法简单，判定效率高，但在Java虚拟机中并不主流。因为它很难解决对象的相互循环引用问题。

package ink.chongchong;

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;

/**
* @ Author     ：Chong Chong
* @ Date       ：Created in 22:02 2018/11/18
* @ CSDN blog  ：https://blog.csdn.net/cc695906217
* testGC()方法执行后，objA和objB会不会被GC呢？
*/
public class ReferenceCountingGC {
public Object instance = null;
private static final int _1MB = 1024*1024;
/**
* 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便能在GC日志中看清楚是否被回收过
*/
private byte[] bigSize = new byte[50*_1MB];
public static void testGC(){
ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;

objA = null;
objB = null;

//假设在这一行发生GC，objA和objB是否能被收回？
System.gc();
}
public static void main(String args[]){
ReferenceCountingGC.testGC();
}
}

我们来查看一下GC日志：

[0.200s][info   ][gc             ] GC(2) Pause Full (System.gc()) 103M->1M(8M) 15.510ms
[0.200s][info   ][gc,cpu         ] GC(2) User=0.00s Sys=0.02s Real=0.02s
[0.200s][info   ][gc,marking     ] GC(1) Concurrent Mark Abort
[0.200s][info   ][gc             ] GC(1) Concurrent Cycle 33.935ms
[0.201s][info   ][gc,heap,exit   ] Heap
[0.201s][info   ][gc,heap,exit   ]  garbage-first heap   total 8192K, used 1084K [0x0000000081800000, 0x000000010000
4000
0000)
[0.201s][info   ][gc,heap,exit   ]   region size 1024K, 1 young (1024K), 0 survivors (0K)
[0.201s][info   ][gc,heap,exit   ]  Metaspace       used 5434K, capacity 5512K, committed 5632K, reserved 1056768K
[0.201s][info   ][gc,heap,exit   ]   class space    used 462K, capacity 492K, committed 512K, reserved 1048576K

从上述日志的第一行看出，有大约100M的内存回收，意味着虚拟机并没有因为这两个对象相互引用就不回收它们，从侧面说明虚拟机并不是通过引用计数算法来判断对象是否还“活着”。

2、可达性分析算法

在主流商用程序语言的主流实现中，都是通过可达性分析来判定对象是否存活的。
基本思想是：通过一系列的成为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径成为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象是不可用的。

在Java语言中可作为GC Roots的对象包括：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象。
• 方法区中类静态属性引用的对象。
• 方法区中常量引用的对象。
• 本地方法栈中JNI（即一般说的Native方法）引用的对象。

我之前的博客中写过这些内存区的定义了，忘记了吗？Java虚拟机内存区域介绍——传送门

进一步认识引用

JDK1.2之前，Java中引用的定义很传统：如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称这块内存代表着一个引用。这种定义纯粹又狭隘。一个对象在这种定义下只有被引用和没有被引用两种状态，对于如何描述一些“食之无味，弃之可惜”的对象就显得无能为力。

我们希望能描述这样一类对象：当内存空间还足够时，则能保留在内存中，当内存空间在进行垃圾收集后还是非常紧张，则可以抛弃这些对象。于是就有了强引用，软引用，弱引用，虚引用。引用强度一次衰减。

• 强引用（Strong Reference）：在程序代码中普遍存在，类似“Object obj = new Object()”这类引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
• 软引用（Soft Reference）：还有用但并非必须的对象。被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列入回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出溢出异常。
• 弱引用（Weak Reference）：描述非必需对象，但强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下次垃圾收集发生之前。当垃圾收集器工作室，无论当前内存是否足够，都将回收掉只被弱引用关联的对象。
• 虚引用（Phantom Reference）：最弱的引用关系，一个对象无论是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用取得一个对象实例。这类引用的唯一目的就是当对象被收集时，收到一个系统通知。

垃圾收集过程-两次标记

即时可达性分析算法中不可达的对象，也并非是“非死不可”的，要真正宣告一个对象死亡，至少经历两次标记。

• 如果对象在可达性分析后，发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是该对象是否有必要执行finalize()方法。当对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。
• 如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法，那么这个对象将会放在一个叫做F-Queue的队列中，并在稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它。这里所谓的“执行”是指虚拟机会出发这个方法，但并不承诺会等待它运行结束，这样做的原因是，如果一个对象在finalize()方法中执行缓慢，或者发生了死循环，可能会导致F-Queue队列中其他对象永远处于等待，甚至导致整个内存祸首系统的崩溃。finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后GC将对F-Queue中的对象进行第二次小规模标记，如果对象要在finalize()中成功拯救自己，只需要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可，譬如把自己（this）赋值给某个类变量或对象的成员变量，那么在第二次标记时，它将被移除出“即将回收”的集合；如果对象这个时候还没有逃脱，那基本上它就神的被回收了。

总结一下：第一次标记是指，当对象没有关联到GC Roots的引用链，且有必要执行finalize()时标记一次，被判了“死缓”；第二次标记是指，对那些“死缓”对象如果在finalize()中完成了自我救赎的对象进行标记。

代码示例：

/**
* @ Author      : Chong Chong
* @ Date        : Created in 16:39 2018/11/21
* @ CSDN blog   : https://blog.csdn.net/cc695906217
* @ Description :
*/
public class FinalizeEscapeGC {
public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;
public void isAlive(){
System.out.println("Yes. I am still alive. ^-^ ");
}

@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println("Finalize method executed");
FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;
}

public static void main(String[] args) throws Throwable{
SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();

// 对象第一次成功拯救自己
SAVE_HOOK = null;
System.gc();
// 因为finalize方法的优先级很低，所以暂停0.5秒等待它
Thread.sleep(500);
if (SAVE_HOOK != null){
SAVE_HOOK.isAlive();
}else {
System.out.println("No. I am dead.  -_-");
}

// 下面这段代码与上面的相同，但是这次自救失败了
SAVE_HOOK = null;
System.gc();
// 因为finalize方法的优先级很低，所以暂停0.5秒等待它
Thread.sleep(500);
if (SAVE_HOOK != null){
SAVE_HOOK.isAlive();
}else {
System.out.println("No. I am dead.  -_-");
}
}
}

运行结果：

Finalize method executed
Yes. I am still alive. ^-^
No. I am dead.  -_-

通过以上代码可以看出：

• SAVE_HOOK对象的finalize()方法确实被GC收集器触发过，并且在被收集前成功逃脱了。
• 代码中有两段完全一样的代码片段，执行结果确实一次逃脱成功，一次失败。原因是任何一个对象的finalize()方法都只会被系统自动调用一次，如果对象面临下一次回收，它的finalize()方法不会被再次执行，因此第二段代码自救失败。

finalize()这个方法，建议大家不要使用，忘了它。因为它运行代价高昂，不确定性大，try_finally或者其他方式可以做的更好，更及时。

回收方法区

很多人认为方法区（或者HotSpot虚拟机中的永久代）是没有垃圾收集的，Java虚拟机规范中确实说过可以不要去虚拟机在方法区实现垃圾收集，且方法区中进行垃圾收集的“性价比”一般较低。在堆中，尤其是在新生代中，常规应用进行一次垃圾收集一般乐意回收70%-95%的空间，而永久代的垃圾收集效率远低于此。

永久代的垃圾收集主要是回收两部分内容：废弃常量和无用的类。

• 回收废弃常量：以常量池中字面量的回收为例，当没有任何String对象引用常量池中的“abc”常量，也没有其他地方引用了这个字面量，如果发生内存回收，必要的话，这个“abc”常量就会被系统清理出常量池。常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也是类似。
• 回收无用的类：同时满足以下三个条件的类才算“无用的类”。
  1、该类所有实例都已经被回收。
  2、加载该类的ClassLoader已经被回收。
  3、该类对应的java.lang.Class对象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。
  无用的类可以被回收，但和对象不同，并不是不适用了就必然会回收。是否回收还要根据虚拟机参数综合来看。