程序员登高之路——JAVA篇——2.JVM的垃圾回收
如何判断对象死亡？
目前主流的判断对象死亡的方法有两种：
1.引用计数法：
每个对象对象包含一个引用计数器，每当对象被引用，引用计数器便加一，引用失效就减一。当对象的引用计数器为0时，则表示对象可被回收。此方法无法解决解决对象循环引用的情况，如：
// 产生循环引用的代码 A objectA = new A(); B objectB = new B(); A.b = objectB; B.a = objectA;若采用引用计数法，对象A和B的引用计数器值永远不会小于1，那么就产生了内存泄漏。(据说Python使用的就是引用计数法，关于如何解决的循环引用问题，感兴趣的朋友可以去查一查)。
2.可达性分析算法：
通过一系列可以被看做GCRoots的根节点出发，向下搜索，构成引用链，未在引用链之内的则会被视为可回收对象。
GCRoots：
（1）虚拟机栈中的引用
（2）方法区中的静态变量
（3）方法区中的常量对象
（4）本地虚拟机栈中的引用
除此之外还有synchronized持有的对象，minjorGC时存在跨代引用的老年代对象等。
垃圾回收算法
上面说了如何判断对象可否回收，接下来说一说JVM如何回收这些对象。
1.标记清除法：
首先扫描并标记出对象是否需要清除，扫描完成后一次清除需要清除的对象。
上图红色方块表示垃圾，绿色方块表示存活对象，左图为垃圾清除之前的内存，右边为垃圾清除之后的内存。标记清除算法的缺点就是会产生大量的内存碎片，比如在垃圾回收之后，系统需要创建一个占4个小格的对象，此时内存内剩余空间明明大于4，系统却只会报内存溢出的异常。
2.复制算法：
复制算法将内存分为了两部分，每次仅使用一部分，当使用那部分满了的时候，就会将所有存活的对象移到另一个区域。
上图可以看出，在经过复制算法之后，所有存活的对象都被移到了另一半内存中，之后清空了之前使用的内存区。复制算法的弊端也很容易看出来，就是虚拟机每次仅能使用一半的内存，对于"寸土寸金"的RAM来说，这真是用着肉疼。
3.标记整理算法：
标记整理算法会在判断完垃圾之后，将存活的对象向一侧移动，之后清除掉剩余的内存。
在上图中，存活对象都像左侧移动，移动后需要占用7格内存，最后将边界外(7格之后)的内存全部清除。与标记清除算法相比，它不会产生内存碎片，与复制算法相比，它不会浪费内存。不过移动对象的花费仍然无法避免。
JVM中的垃圾收集器
上面的三种垃圾回收算法，并没有最优解，只是各自适用于不同场景，为此JVM也实现了各种垃圾收集器。
1.Serial
新生代垃圾收集器，采用复制算法。
特点：单线程垃圾收集器，在垃圾收集的时候会停止所有其他的用户线程。
2.SerialOld
老年代垃圾收集器，采用标记整理算法。可以看作老年代版本的Serial，垃圾收集的时候也会停止所有其他用户线程
3.ParNew
新生代垃圾收集器可以看作多线程版的Serial收集器，垃圾回收的时候也会停止其他所有用户线程。默认线程数与CPU数相等，所以在单核CPU的情况下甚至可以看成Serial。
4.Parallel Scavenge
新生代垃圾收集器，采用复制算法，垃圾清除时会停止其他用户线程，存在的目的是为了控制垃圾收集的吞吐量
5.Parallel Old
老年代垃圾收集器，采用标记整理算法，垃圾清除时会停止其他用户线程，存在的目的是为了控制垃圾收集的吞吐量。
6.CMS *******
老年代垃圾收集器，采用标记清除。减少了垃圾回收时停止用户线程的时间。CMS将标记分为了三步：
1.初始标记：单线程标记所有GCRoots直接指向的对象，因为不会涉及到可达树的遍历，所以非常快，此时会停止其他用户线程。
2.并发标记：与其他用户线程一起执行，根据步骤一获取的结果遍历可达树并标记。
3.重新标记：步骤2时，系统可能会产生新的对象，这一步的目的就是标记这些新产生的对象，此时会停止其他线程。
4.清除垃圾：与其他用户线程一起执行。
可以看出CMS就是将最费时间的全局可达树遍历与用户线程一起执行，从而减少用户线程暂停时间，不过缺点也显而易见：CPU敏感，会产生浮动垃圾，有内存碎片。
7.G1 *******
G1收集器与以往的垃圾收集器不同，他并没有直接将堆区分成了新生代老年代，而是将堆划分成了一个一个的内存块，内存块可能是新生代，也可能是老年代。并且额外增加了humongous用来保存大对象。这样做的好处是新生代与老年代的大小不再固定，并且若某一内存块很多对象需要进入老年代，直接将内存块标记为老年代即可，减少了对象复制的开销。
算法：新生代采用复制算法，老年代采用标记整理算法。
特点：可以设置最大暂停时间，每次GC会选择暂停时间左右效率最高的内存区域。
步骤：
1.初始标记：单线程标记所有GCRoots直接指向的对象，因为不会涉及到可达树的遍历，所以非常快，此时会停止其他用户线程。
2.并发标记：与其他用户线程一起执行，标记1可达的对象。同时标记并发标记中产生的对象(认为不是垃圾)，划一块内存区域，用来保存并发标记产生对象的指针。
3.多线程最终标记：停止其他用户线程
4.多线程并发清除：停止其他用户线程
CMS与G1的选择
G1优点较多，但CMS不一定不G1差,例如G1为了存放并发标记产生的对象需要占用内存进行存放。
并发标记中的三色标记
黑色：根对象，以及当前对象和子对象都标记完成，或者没有子对象，则当前对象为黑色，表示扫描完成且不会被GC
灰色：扫描完当前对象，但仍有子对象没有进行标记，
白色：所有对象初始为白色，扫描后仍为白色表示对象没有被可达，可以回收。
如何解决并发标记的漏标问题？
场景：再并发标记时，线程A已经完成了标记，线程B仍在标记。此时用户线程将B正在标记的可达树下B未标记的对象置为null，并又将此对象的指针交给了A扫描过的对象。此时因线程A已经扫描结束，线程B扫描不到这个对象，那这个不应该回收的对象就会被回收。
CMS解决办法：增量更新，若发现一个白色对象被黑色对象引用，则将黑色对象置为灰，垃圾回收器发现节点为灰，则会从头再次扫描。
G1解决办法：STAB(快照)，在并发标记前拍一个快照信息，若在标记的时候发先有一个引用消失了，则将快照信息推送到GC的堆栈内，则快照内的引用还会存在。
特点：G1的解决方式会产生更多的浮动垃圾，不过不需要像CMS一样重新扫描。.
安全点和安全区域
无论什么垃圾收集器，都会出现需要暂停用户线程的时间段，为了让程序正确运行，用户线程只有运行到安全点，才会被暂停。安全点包括：
1.方法调用前
2.方法返回后
3.循环末尾
4.抛出异常未知。
安全区域：若线程进入了sleep或blocked，此时线程无法进入安全点，则认为此时线程处于安全区域，处于安全区域的线程，只有再用户线程的暂停结束后，才能继续执行。