JVM 如何进行垃圾回收？

JVM 这一块面试现在已经成为中大厂的面试必考点，就算你面试简历上没有写 JVM，但面试官还是有可能会问你关于 JVM 垃圾回收这一块的知识，本文将对 JVM 垃圾回收这方面的知识展开精简的分析，采用图文结合的方式，加强读者的记忆。

题目

JVM 如何进行垃圾回收？

推荐解析

1）JVM 主要在哪里进行垃圾回收？

JVM 主要对 堆 内存中的对象的垃圾回收，又称为 GC 堆(Garbage Collected Heap)。

JDK 1.7 版本堆内存分配情况：

1.新生代

2.老年代

3.永久代

JDK 1.8 版本，永久代被元空间取代，而元空间使用的是直接内存，因此堆中只剩新生代和老年代。

图源：JavaGuide

2）内存分配原则

2.1）大多数情况下，对象首先在新生代的 Eden （伊甸园) 进行分配，当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机将发起一次 Minor GC（新生代垃圾回收）。

2.2）大对象比如（字符串、数组）需要大量连续内存空间的对象直接进入老年代。

2.3）长期存活的对象将进入老年代，这块设计对象年龄的知识，一般情况下，当对象年龄达到 15，每次逃脱 Minor GC，就会增长一岁。特殊情况下，年龄并不会到达 15就会产生晋升，直接进入老年代，有兴趣的可以去详细了解 Hot Spot 虚拟机。而且不同的垃圾回收器的默认晋升年龄是不一样的，CMS 收集器默认晋升年龄是 6。

3）如何判断对象是否死亡？

引用计数法：有对象引用计数器 +1，引用失效，计数器 -1，但无法解决循环引用之间的问题。

举个例子：A 引用 B，B 引用 A，此时需要采用后文的可达性分析算法。

可达性分析法：将 GC Roots 的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，节点所走过的路径称为引用链，当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连的话，证明此对象是不可用的。

首先需要了解哪些可以作为 GC  Roots 根对象。

3.1）虚拟机栈(栈帧中的局部变量表)中引用的对象

3.2）本地方法栈(Native 方法)中引用的对象

3.3）方法区类静态属性引用的对象

3.4）方法区常量引用的对象

3.5）被同步锁持有的对象

3.6）JNT 引用的对象

3.7）类加载器

3.8）活跃线程（已启动且未停止的 Java 线程）

注意事项：对象被判断不可达之后并不会马上进行垃圾回收，被被标记第一次，然后进入一次筛选，当对象没有覆盖 finalized 方法或者 finalized 方法已经被虚拟机使用过了，那么就不会进行真正回收的队列，队列中还要经过第二次标记，两次都标记后，不可达，才可以被真正回收。

4）常见垃圾回收算法

4.1）标记清除算法

缺点：产生内存碎片，因此堆不规整，堆不规整，那么对象分配就会采用空闲列表的分配策略。

4.2）标记整理算法

不会产生内存碎片，但是多了整理的步骤。

4.3）复制算法

将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块，当这块内存使用完毕后，将存活的对象复制到空闲的另一块。

缺点：空间浪费，每次只能使用一半，不适合老年代。

4.4）分代收集算法

新生代有大量对象会死亡，只留下少量对象而且不是大对象，因此可以采用复制算法。而老年代对象存活几率较高，可以采用标记清除或者标记整理算法。

5）常见的垃圾回收器

5.1）Serial 收集器

新生代标记复制，老年代标记整理，只使用一条垃圾收集线程去完成垃圾收集工作。因此 STW （Stop The World) 的时间会较长，造成用户体验较差。

5.2）ParNew 收集器

Serial 收集器的多线程版本，其他完全一样。

5.3）Paraller Scavenge 收集器

和 ParNew 几乎一样，但这款收集器注重吞吐量，在大数据量的时候，想要高效利用 CPU ，可以选择这款收集器，而且此款收集器有自适应调节策略。

5.4）Serial Old 收集器

Serial 收集器的老年代版本。

用途：JDK 1.5 以前和 Paraller Scavenge 搭配使用或者作为 CMS 收集器的后备方案。

5.5）Parallel Old 收集器

Parallel Scavenge 收集器的老年代版本。

5.6）CMS 收集器（重点）

目标：获取最短停顿时间，STW 时间最短，注重用户体验，主要回收老年代，采用标记-清除算法，HotSpot 虚拟机中第一款并发收集器。

5.7）G1 收集器 （重点)

目标：注重最短停顿时间和吞吐量，实现可预测停顿时间，从整体上来看标记-整理算法，从局部上来看标记-复制算法，可以用于新生代，也可以用于老年代。JDK 9 及以后默认采用 G1 收集器。

6）建议了解

建议了解三色标记法、增量更新、原始快照这些知识，是 CMS 收集器 和 G1 收集器的重点，如何处理，错标，漏标，处理浮动垃圾等等知识。

其他补充

鱼聪明 AI 的回答：

鱼聪明 AI 地址：https://www.yucongming.com/

Java 虚拟机 (JVM) 通过垃圾回收来自动管理内存，释放不再使用的对象，以避免内存泄漏和提高程序的性能。JVM 使用垃圾收集器（Garbage Collector）来执行垃圾回收的任务。下面是垃圾回收的一般过程：

1. 标记阶段（Mark）：

• 垃圾收集器首先标记所有的活动对象，即那些仍然被引用的对象。
• 通过根对象（如线程栈上的引用、静态变量等）开始，垃圾收集器遍历对象图，标记所有可达的对象。

清除阶段（Sweep）：

• 在清除阶段，垃圾收集器删除所有未标记的对象，释放它们占用的内存。
• 已经被标记为活动对象的对象保留在内存中。

整理阶段（Compact）：

• 在某些垃圾收集算法中，可能会执行整理阶段。在整理阶段，垃圾收集器会移动活动对象，使它们在内存中连续排列，以便更好地利用内存空间。

垃圾收集器选择：

• JVM 中有不同的垃圾收集器，例如串行收集器、并行收集器、CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器、G1（Garbage-First）收集器等。垃圾收集器的选择取决于应用程序的性能需求和硬件配置。

垃圾回收的触发：

• 垃圾回收并不是周期性发生的，而是在 JVM 判断出内存不足时触发。当 JVM 的堆内存占用达到一定的阈值时，或者在某些情况下，例如在新生代的 Eden 区对象存活的太多时，都可能触发垃圾回收。

垃圾回收算法：

• 不同的垃圾回收器使用不同的垃圾回收算法，例如新生代常用的算法有复制算法，老年代常用的算法有标记-清除和标记-整理算法。这些算法的选择取决于内存的使用情况和性能需求。

总体来说，垃圾回收是 Java 内存管理的一个关键方面，它通过自动管理内存来减少程序员的工作负担，但在设计和调优应用程序时，理解垃圾回收的原理和机制是很重要的。

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欢迎交流

在阅读本文后，你应该了解内存分配原则，对象如何判断是否死亡，垃圾回收算法和垃圾回收器等知识，如果想要深入了解，建议去看书籍，注重 CMS 和 G1 收集器这两个部分，关于后续的 ZGC 收集器也可以适当了解，接下来我将提出三个问题，欢迎小伙伴在评论区交流见解。

1）对象不可达后会被马上回收吗？

2）哪个垃圾回收器可以做到可预测的停顿时间？

3）如何解决 CMS 收集器的错标、漏标问题？

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