Java gc机制浅析
学习Java到参加工做三年了，网上搜罗的面试题也好还是自己参与过的面试基本都被问到过Java gc机制，今天来总结下吧。
GC简介
GC ：Garbage Collections 字面意思是垃圾回收器，释放垃圾占用的空间。清理无用的对象 。从编程开始出现，内存管理（内存分配和内存回收）问题一直存在，由来已久。对于c、c++的开发人员来说内存是开发人员分配的，也就是说还要对内存进行维护和释放。对于Java程序员来说，一个对象的内存分配是在虚拟机的自动内存分配机制的帮助下，不再需要为每一个new操作去写配对的delete/free代码，而且不容易出现内存泄露和内存溢出问题，但是，如果出现了内存泄露和内存溢出问题，而开发者又不了解虚拟机是怎么分配内存的话，那么定位错误和排除错误将是一件很困难的事情。
内存的分配是在JVM虚拟机的自动内存分配机制下完成的，所以我们现在来简单的了解一下JVM的内存管理结构:
JVM运行时数据区
①程序计数器(Program Counter Register)
程序计数器是用于存储每个线程下一步将执行的JVM指令，如该方法为native的，则程序计数器中不存储任何信息
②JVM栈(JVM Stack)
JVM栈是线程私有的，每个线程创建的同时都会创建JVM栈，JVM栈中存放的为当前线程中局部基本类型的变量（java中定义的八种基本类型：boolean、char、byte、short、int、long、float、double）、部分的返回结果以及Stack Frame，非基本类型的对象在JVM栈上仅存放一个指向堆上的地址
③堆(heap)
它是JVM用来存储对象实例以及数组值的区域，可以认为Java中所有通过new创建的对象的内存都在此分配，Heap中的对象的内存需要等待GC进行回收。
（1）堆是JVM中所有线程共享的，因此在其上进行对象内存的分配均需要进行加锁，这也导致了new对象的开销是比较大的
（2）Sun Hotspot JVM为了提升对象内存分配的效率，对于所创建的线程都会分配一块独立的空间TLAB（Thread Local Allocation
Buffer），其大小由JVM根据运行的情况计算而得，在TLAB上分配对象时不需要加锁，因此JVM在给线程的对象分配内存时会尽量的在TLAB上分配，在这种情况下JVM中分配对象内存的性能和C基本是一样高效的，但如果对象过大的话则仍然是直接使用堆空间分配
（3）TLAB仅作用于新生代的Eden Space，因此在编写Java程序时，通常多个小的对象比大的对象分配起来更加高效。
④方法区（Method Area）
（1）在Sun JDK中这块区域对应的为PermanetGeneration，又称为持久代。
（2）方法区域存放了所加载的类的信息（名称、修饰符等）、类中的静态变量、类中定义为final类型的常量、类中的Field信息、类中的方法信息，当开发人员在程序中通过Class对象中的getName、isInterface等方法来获取信息时，这些数据都来源于方法区域，同时方法区域也是全局共享的，在一定的条件下它也会被GC，当方法区域需要使用的内存超过其允许的大小时，会抛出OutOfMemory的错误信息。
⑤本地方法栈（Native Method Stacks）
JVM采用本地方法栈来支持native方法的执行，此区域用于存储每个native方法调用的状态。
⑥运行时常量池（Runtime Constant Pool）
存放的为类中的固定的常量信息、方法和Field的引用信息等，其空间从方法区域中分配。JVM在加载类时会为每个class分配一个独立的常量池，但是运行时常量池中的字符串常量池是全局共享的。
堆
堆的结构：
JVM将堆分成了二个大区新生代（Young）和老年代（Old），新生代又被进一步划分为Eden和Survivor区，而Survivor由FromSpace和ToSpace组成，也有些人喜欢用Survivor1和Survivor2来代替。这里为什么要将Young划分为Eden、Survivor1、Survivor2这三块，给出的解释是 ：
“Young中的98%的对象都是朝生夕死，所以将内存分为一块较大的Eden和两块较小的Survivor1、Survivor2，JVM默认分配是8:1:1，每次调用Eden和Survivor1（FromSpace），当发生回收的时候，将Eden和Survivor1（FromSpace）存活的对象复制到Survivor2（ToSpace），然后直接清理掉Eden和Survivor1的空间。”
新生代：新创建的对象都是用新生代分配内存，Eden空间不足时，触发Minor GC，这时会把存活的对象转移进Survivor区。
老年代：老年代用于存放经过多次Minor GC之后依然存活的对象。
新生代的GC（Minor GC）：新生代通常存活时间较短基于Copying算法进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和FromSpace或ToSpace之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从Eden到Survivor，最后到老年代。
老年代的GC（Major GC/Full GC）：
老年代与新生代不同，老年代对象存活的时间比较长、比较稳定，因此采用标记(Mark)算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并、要么标记出来便于下次进行分配，总之目的就是要减少内存碎片带来的效率损耗。
gc算法：
这里就不做具体阐述了，发现一篇比较准确的博客，感觉没人家写的到位。对gc算法有兴趣对可以读一读。只需要明白gc算法的大致过程就行了；gc算法博客链接请点击浏览
GC是在什么时候，对什么东西，做了什么事情？
搞清楚了gc是什么，在搞清楚GC是在什么时候，对什么东西，做了什么事情？这样就算初步理解了gc了，普通面试应该没问题了；
1⃣️什么时候？
就是什么时候触发我们的GC机制
①在程序空闲的时候。
②手动调用system.gc()。不推荐，因为调用的时候开销很大会严重影响程序运行，更有甚者程序直接挂掉；如果你想跑路就大胆尝试吧！
③Java堆内存不足时,GC会被调用。当应用线程在运行,并在运行过程中创建新对象,若这时内存空间不足,JVM就会强制地调用GC线程,以便回收内存用于新的分配。若GC一次之后仍不能满足内存分配的要求,JVM会再进行两次GC作进一步的尝试,若仍无法满足要求,则 JVM将报“out of memory”（内存泄露）这是灰常严重的情况，这时Java应用将停止。
出现内存泄露的集中情况：
①静态集合类像HashMap、Vector等
②各种连接，数据库连接，网络连接，IO连接等没有显示调用close关闭，不被GC回收导致内存泄露。
③监听器的使用，在释放对象的同时没有相应删除监听器的时候也可能导致内存泄露。
顺便提一下 Minor GC、Full GC、OOM什么时候触发：
创建对象是新生代的Eden空间调用Minor GC；当升到老年代的对象大于老年代剩余空间Full GC；GC与非GC时间耗时超过了GCTimeRatio的限制引发OOM。
2⃣️对什么？
就是能被GC回收的对象都有哪些
①超出作用域的对象/未被引用的对象。（也可以说未被引用计数标记的对象）
引用计数算法：给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器都为0的对象就是不可能再被使用的。
②从GC Root开始搜索，且搜索不到的对象
跟搜索算法：以一系列名为 GC Root的对象作为起点，从这些节点开始往下搜索，搜索走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链的时候，则就证明此对象是不可用的。
GC Root 对象： 虚拟机中的引用的对象、方法区中的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的引用对象。
③从root搜索不到，而且经过第一次标记、清理后，仍然没有复活的对象。
3⃣️做了什么
- 删除不使用的对象腾出内存空间；
- 停止其他线程执行、运行finalize等
- 新生代做的是复制清理、老年代做的是标记清理、标记清理后碎片整理等
- 对象序列化后也可以使它复活。（这点很特别）
序列化的思想是 “冻结” 对象状态，传输对象状态（写到磁盘、通过网络传输等等），然后 “解冻” 状态，重新获得可用的 Java 对象。使用 ObjectInputStream/ObjectOutputStream 类可以实现；