1 垃圾收集概述

在C/C++语言中，没有自动垃圾回收机制，是通过new关键字申请内存资源，通过delete关键字释放内存资源。如果，程序员在某些位置没有写delete进行释放，那么申请的对象将一直占用内存资源，最终可能会导致内存溢出。

为了让程序员更专注于代码的实现，而不用过多的考虑内存释放的问题，所以，在Java语言中，有了自动的垃圾回收机制，也就是我们熟悉的GC。有了垃圾回收机制后，程序员只需要关心内存的申请即可，内存的释放由系统自动识别完成。换句话说，自动的垃圾回收的算法就会变得非常重要了，如果因为算法的不合理，导致内存资源一直没有释放，同样也可能会导致内存溢出的。当然，除了Java语言，C#、Python等语言也都有自动的垃圾回收机制。

不可能再被任何途径使用的对象，便可称之为垃圾，就可以被回收了。常见的垃圾分析算法有两种，一种是引用计数法，另一种是可达性分析算法。

2 引用计数算法

引用计数是最简单直接的一种方式，给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；当引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的，那么此对象就可以作为垃圾收集器的目标对象来收集。

优点：

简单，直接，不需要暂停整个应用。

缺点：

需要编译器的配合，编译器要生成特殊的指令来进行引用计数的操作；

不能处理循环引用的问题。比如对象 A 中有一个字段指向了对象 B ，而对象 B 中也有一个字段指向了对象 A，而事实上他们俩都不再使用，但计数器的值永远都不可能为 0 ，也就不会被回收，然后就发生了内存泄露。

如下案例：

publicclassReferenceCountingGC{privateObjectinstance;privatestaticvoidtestGC(){ReferenceCountingGCobjA=newReferenceCountingGC();ReferenceCountingGCobjB=newReferenceCountingGC();//objA中有objB,objB中有objAobjA.instance=objB;objB.instance=objA;//虽然objA和objB置空,但这是指将他们的引用置空,在堆内存中,这两个对象还是互相持有\依赖的,这就是循环引用。objA=null;objB=null;}publicstaticvoidmain(String[]args){testGC();}}

3 可达性分析算法

现在，在主流的商用程序语言（Java、C#，甚至包括前面提到的古老的Lisp）的主流实现中，都是称通过可达性分析（Reachability Analysis）来判定对象是否存活的。

这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连（用图论的话来说，就是从GC Roots到这个对象不可达）时，则证明此对象是不可用的，即可被回收，又称为GC Roots Tracing算法。如下图所示，对象object5、object6、object7虽然互相有关联，但是它们到GC Roots是不可达的，所以它们将会被判定为是可回收的对象。

3.1 可以作为GC Roots对象种类

在Java语言中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

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。

3.2 两次标记

为了增加垃圾收集的灵活性。实际上，一个到GC Roots没有任何引用链相连的对象有可能在某一个条件下“ 复活” 自己。对象的状态可以简单分成三类：

可达的： 从根节点开始， 可以到达这个对象。（实际上可触及对象也分为四种：）

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

不可触及的：对象对象没有覆盖finalize()方法或者finalize()函数已经被调用，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()函数只会被调用一次。

即使在一次可达性分析算法中不可达的对象，也并非是“非死不可”的，这时候它们暂时处于“缓刑”阶段，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程：

如果对象在进行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，筛选的条件是此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置在一个叫做F-Queue的队列之中，并在稍后由一个由虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行它。这里所谓的“执行”是指虚拟机会触发这个方法，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（更极端的情况），将很可能会导致F-Queue队列中其他对象永久处于等待，甚至导致整个内存回收系统崩溃。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的标记，如果对象要在finalize()中成功拯救自己——只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关键字）赋值给某个类变量或者对象的成员变量，那在第二次标记时它将被移除出“即将回收”的集合；如果对象这时候还没有逃脱，那基本上它就真的被回收了。

如果这个对象被判定为有必要执行finalize()方法，那么该对象将会被回收。

关于两次标记的Java代码源码，可以看这个文章：Java中的Finalizer类以及GC二次标记过程中的Java源码解析。

案例演示：

/**1.此代码演示了两点：2.1.对象可以在被GC时自我拯救。3.2.这种自救的机会只有一次，因为一个对象的finalize()方法最多只会被系统自动调用一次4.5.@authorzzm*/publicclassFinalizeEscapeGC{privatestaticFinalizeEscapeGCSAVE_HOOK=null;privatestaticvoidisAlive(){if(SAVE_HOOK!=null){System.out.println("yes,iamstillalive：)");}else{System.out.println("no,iamdead:(");}}@Overrideprotectedvoidfinalize()throwsThrowable{super.finalize();System.out.println("finalizemehtodexecuted!");//持有引用,对象"复活"FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK=this;}publicstaticvoidmain(String[]args)throwsThrowable{SAVE_HOOK=newFinalizeEscapeGC();/*测试对象第一次成功拯救自己*///首先引用置null,该对象没有其他引用.SAVE_HOOK=null;//然后尝试进行一次gc,此时会执行回收SAVE_HOOK类,但是会执行finalize方法,在finalize中对其进行复活System.gc();//因为finalize方法由低优先级的线程finalizer调用,优先级很低，所以暂停0.5秒以等待它执行Thread.sleep(500);//测试是否复活isAlive();/*下面这段代码与上面的完全相同，但是这次自救却失败了。*/SAVE_HOOK=null;//然后再次尝试进行一次gc,此时会执行回收SAVE_HOOK类,但是不会执行finalize方法,因为fiinalize已经执行过一次了,第二次不会执行,这次自救却失败了System.gc();//因为finalize方法由低优先级的线程finalizer调用,优先级很低，所以暂停0.5秒以等待它Thread.sleep(500);isAlive();}}

代码中有两段完全一样的代码片段，执行结果却是一次逃脱成功，一次失败，这是因为任何一个对象的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，因此第二段代码的自救行动失败了。

Java中只有构造函数并没有析构函数一说，这里finalize()方法看起来像是实现了析构函数，但这只是Java刚诞生时为了使C/C++程序员更容易接受它所做出的一个妥协。

由于调用的线程优先级很低，因此调用时间是不确定的，我们也无法主动调用。

改变了要被回收的对象的引用和生命周期，由于加入到队列中导致应该被回收的对象迟迟不被回收，造成内存泄漏。

某些流比如 InputStreamReader在关闭时，并不会关闭它的嵌套流，此时只能由finalize释放，但是如果开启的流很多，那么由于finalizer是单线程，可能造成释放速度小于加入队列速度，这时就会有大量的Finalizer堆积, 导致内存的异常。

现在，finalize()能做的所有工作，例如关闭外部资源等，使用try-finally或者其他方式都可以做得更好、更及时，因此finalize()方法不建议被使用。

析构函数(destructor)： 与构造函数相反，当对象结束其生命周期，如对象所在的函数已调用完毕时，系统自动执行析构函数。

4 方法区/永久代的垃圾分析

永久代的垃圾收集主要回收两部分内容：废弃常量和无用的类。

回收废弃常量与回收Java堆中的对象非常类似。以常量池中字面量的回收为例，假如一个字符串“abc”已经进入了常量池中，但是当前系统没有任何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，如果这时发生内存回收，而且必要的话，这个“abc”常量就会被系统清理出常量池。

但是判断一个类是否是“无用的类”却需要同时满足下面3个条件才能行：

该类所有的实例都已经被回收，也就是Java堆中不存在该类的任何实例。

加载该类的ClassLoader已经被回收。

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。

虚拟机可以对满足上述3个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“可以”，而并不是和对象一样，不使用了就必然会回收。是否对类进行回收，HotSpot虚拟机提供了-Xnoclassgc参数进行控制，还可以使用-verbose：class以及-XX：+TraceClassLoading、-XX：+TraceClassUnLoading查看类加载和卸载信息，其中-verbose：class和-XX：+TraceClassLoading可以在Product版的虚拟机中使用，-XX：+TraceClassUnLoading参数需要FastDebug版的虚拟机支持。

在大量使用反射、动态代理， CGLib等Byt式ode框架、动态生成JSP 以及OSG，这类频繁(自定义ClassLoader的场景都需耍虔拟机具备类卸载的功能，以保证永久代不会溢出。