JVM 垃圾回收分配及算法

一、判断对象是否可以回收

垃圾收集器在做垃圾回收的时候，首先需要判定的就是哪些内存是需要被回收 的，哪些对象是「存活」的，是不可以被回收的；哪些对象已经「死掉」了，需 要被回收。 一般有两种方法来判断：

        引用计数器法：为每个对象创建一个引用计数，有对象引用时计数器 +1，引用被释放时计数 -1，当计数器为 0 时就可以被回收。它有一个缺点不能解决循环引用的问题；

        可达性分析算法：从 GC Roots 开始向下搜索，搜索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时，则证明此对象是可以被回收的。

二、堆空间分配年轻代老年代及对应回收算法

堆主要用于存放各种类的实例对象和数组。在java中被分为两个区域：年轻代和老年代。 

年轻代和老年代的划分是为了更好的内存分派及回收。提高效率。堆是垃圾回收机制的重点区域。我们知道垃圾回收机制有三种，minor gc，major gc 和full gc。针对于堆的就是前两种。年轻代的叫 minor gc，老年代的叫major gc。 

1. 年轻代

年轻代中存在的对象是死亡非常快的，存在朝生夕死的情况。尺寸随堆大小的增加和减少而相应的变化，默认值是保持为堆的1/15。所以为了提高年轻代的垃圾回收效率，又将年轻代划分为三个区域： Eden区、SurvivorFrom区、SurvivorTo区。

eden和survivor默认比例是8:1:1，进行垃圾回收采用的是分代复制算法（优点是避免内存碎片）。新创建的对象都会被分配到Eden区(如果该对象占用内存非常大，则直接分配到老年代区)，当Eden区内存不够的时候就会触发MinorGC（Survivor满不会引发MinorGC，而是将对象移动到老年代中）， 每次新生代的使用，会是eden区和一块survivor区。当我们进行垃圾回收的时候，清除正在使用的区域，将其中的存货对象，放入到另一个survivor区域，并进行整理，保证空间的连续。如果对象长时间存活，则将对象移动到老年区。“From”区和“To”区互换角色，原Survivor To成为下一次GC时的Survivor From区, 总之，GC后，都会保证Survivor To区是空的。存活下来的对象，他的年龄会增长1。当对象的年龄一次次存活，一次次增长，到达15的时候，这些对象就会移步到老年代。在年轻代执行gc的时候，如果老年代的连续空间小于新生代对象的总大小，就会触发一次full gc。是为了给新生代做担保，保证新生代的老年对象可以顺利的进入到老年代的内存区。

2. 老年代

随着Minor GC的持续进行，老年代中对象（年龄大于15的对象）也会持续增长，导致老年代的空间也会不够用，最终会执行Major GC（或full gc）（MajorGC 的速度比 Minor GC 慢很多很多，据说10倍左右），full gc会包含年轻代的gc。但老年代只要执行gc就一定是full gc。full gc使用的算法是：标记清除（回收）算法或标记压缩算法。

标记无用对象，然后进行清除回收。 标记-清除算法（Mark-Sweep）是一种常见的基础垃圾收集算法，当进行标记清除时，会停止整个程序（stop the world），它将垃圾收集分为两个阶段：

        标记阶段：从根节点开始遍历，标记所有被引用的对象，一般在对象的header中标记为可达对象。

        清除阶段：collector对堆内存从头到尾进行线性遍历，如果发现某个对象的header没有标记为可达对象，则回收 。这里的回收是把对象的地址保存在空闲的地址列表中（内存分配），下次对象需要加载时，判断垃圾的位置空间是否够，如果够就存放覆盖原有的地址。

优点：实现简单，不需要对象进行移动。

缺点：标记、清除过程效率低，产生大量不连续的内存碎片，提高了垃圾回收的频率。 

3. 永久代（元空间）

在Java8中，永久代已经被移除，被一个称为“元数据区”（元空间，Metaspace）的区域所取代。
值得注意的是：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存（之前，永久代是在jvm中）。这样，解决了以前永久代的OOM问题，元数据和class对象存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出，毕竟是和老年代共享堆空间。java8后，永久代升级为元空间独立后，也降低了老年代GC的复杂度。

元空间也是对java虚拟机的方法区的一种实现。元空间与永久代最大的区别在于，元空间不在虚拟机中，使用本地内存。通过配置如下参数可以更改元空间的大小。
        -XX:MetaspaceSize：初始空间的大小。达到该值就会触发垃圾收集进行类型卸载，同时GC会对该值进行调整：如果释放了大量的空间，就适当降低该值；如果释放了很少的空间，那么在不超过MaxMetaspaceSize时，适当提高该值。
        -XX:MaxMetaspaceSize，最大空间，默认是没有限制的。
永久代的回收会随着full gc进行移动，消耗性能。每种类型的垃圾回收都需要特殊处理元数据。将元数据剥离出来，简化了垃圾收集，提高了效率。

三、其他垃圾回收算法

1. 复制算法（年轻代使用）

为了解决标记-清除算法的效率不高的问题，产生了复制算法。它把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾收集时，遍历当前使用的区域，把存活对象复制到另外一个区域中，最后将当前使用的区域的可回收的对象进行回收。

优点：按顺序分配内存即可，实现简单、运行高效，不用考虑内存碎片。

缺点：可用的内存大小缩小为原来的一半，对象存活率高时会频繁进行复制。

2. 标记-整理算法（标记压缩算法）

在新生代中可以使用复制算法，但是在老年代就不能选择复制算法了，因为老年代的对象存活率会较高，这样会有较多的复制操作，导致效率变低。标记-清除算法可以应用在老年代中，但是它效率不高，在内存回收后容易产生大量内存碎 片。因此就出现了一种标记-整理算法（Mark-Compact）算法，与标记-清除算法不同的是，在标记可回收的对象后将所有存活的对象压缩到内存的一端，使他们紧凑的排列在一起，然后对端边界以外的内存进行回收。回收后，已用和未用的内存都各自一边。

优点：解决了标记-清理算法存在的内存碎片问题。

缺点：仍需要进行局部对象移动，一定程度上降低了效率。

参考：

JVM年轻代，老年代，永久代详解 - 经典鸡翅 - 博客园 (cnblogs.com)

jvm之年轻代（新生代）、老年代、永久代以及GC原理详解_老年代空间多大-CSDN博客