Java虛擬機(jī)（JVM）使用垃圾收集（Garbage Collection，GC）機(jī)制來自動(dòng)管理內(nèi)存，其中包括識(shí)別和回收不再使用的對(duì)象。JVM判定對(duì)象已經(jīng)“死去”（即不再被任何引用所指向）的過程主要基于以下幾個(gè)步驟：

1. 引用計(jì)數(shù)法：

這是一種簡單的垃圾收集算法，通過為每個(gè)對(duì)象維護(hù)一個(gè)引用計(jì)數(shù)來實(shí)現(xiàn)。每當(dāng)有一個(gè)新的引用指向該對(duì)象時(shí)，計(jì)數(shù)增加；每當(dāng)一個(gè)引用被移除時(shí)，計(jì)數(shù)減少。當(dāng)引用計(jì)數(shù)變?yōu)?時(shí)，對(duì)象被認(rèn)為是“死去”的。然而，Java的JVM并不使用這種方法，因?yàn)樗荒芙鉀Q循環(huán)引用的問題。

下面V 哥介紹一下引用計(jì)數(shù)法的原理

引用計(jì)數(shù)法是一種簡單的垃圾收集算法，其基本原理是為每個(gè)對(duì)象維護(hù)一個(gè)計(jì)數(shù)器，用來記錄有多少個(gè)引用指向該對(duì)象。當(dāng)對(duì)象被創(chuàng)建時(shí)，引用計(jì)數(shù)設(shè)置為1；每當(dāng)有一個(gè)新的引用指向該對(duì)象時(shí)，計(jì)數(shù)器增加；每當(dāng)一個(gè)引用被移除時(shí)，計(jì)數(shù)器減少。當(dāng)引用計(jì)數(shù)達(dá)到0時(shí)，意味著沒有任何引用指向該對(duì)象，該對(duì)象就可以被垃圾收集器回收。

然而，Java虛擬機(jī)（JVM）并沒有采用引用計(jì)數(shù)法作為主要的垃圾收集策略，主要原因有：

• 循環(huán)引用問題：引用計(jì)數(shù)法無法處理循環(huán)引用的情況。如果兩個(gè)對(duì)象相互引用，即使它們不再被其他任何對(duì)象所引用，它們的引用計(jì)數(shù)也不會(huì)降到0，因此不會(huì)被回收。

• 性能問題：維護(hù)每個(gè)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)器需要額外的內(nèi)存和處理時(shí)間，這可能會(huì)影響程序的性能。

• 線程安全問題：在多線程環(huán)境中，引用計(jì)數(shù)的更新需要同步，增加了實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性。

盡管JVM沒有采用引用計(jì)數(shù)法作為主要的垃圾收集策略，但它確實(shí)實(shí)現(xiàn)了一種變體，稱為“PhantomReference”（幻影引用）。PhantomReference是一種弱引用，它可以在對(duì)象被回收后進(jìn)行一些清理工作，但不會(huì)阻止對(duì)象的回收。以下是PhantomReference的實(shí)現(xiàn)步驟：

1. 創(chuàng)建PhantomReference：開發(fā)者創(chuàng)建一個(gè)PhantomReference對(duì)象，將目標(biāo)對(duì)象和引用隊(duì)列作為參數(shù)傳遞。

2. 注冊PhantomReference：將PhantomReference注冊到一個(gè)引用隊(duì)列中。當(dāng)垃圾收集器準(zhǔn)備回收目標(biāo)對(duì)象時(shí)，會(huì)將PhantomReference放入引用隊(duì)列。

3. 垃圾收集：當(dāng)垃圾收集器發(fā)現(xiàn)目標(biāo)對(duì)象的引用計(jì)數(shù)為0時(shí)，會(huì)將其標(biāo)記為可回收。但是，它不會(huì)立即回收對(duì)象，而是將其放入一個(gè)待處理的列表中。

4. 處理PhantomReference：當(dāng)垃圾收集器完成一輪垃圾收集后，會(huì)遍歷待處理的列表，將PhantomReference放入它們注冊的引用隊(duì)列中。

5. 執(zhí)行清理工作：開發(fā)者可以在引用隊(duì)列中檢查是否有PhantomReference被放入，并執(zhí)行一些清理工作，例如關(guān)閉文件或網(wǎng)絡(luò)連接。

6. 回收對(duì)象：在PhantomReference被處理之后，垃圾收集器最終會(huì)回收目標(biāo)對(duì)象占用的內(nèi)存。

PhantomReference提供了一種機(jī)制，允許開發(fā)者在對(duì)象被回收后執(zhí)行一些必要的清理工作，但它并不改變JVM主要的垃圾收集策略，即基于可達(dá)性分析的標(biāo)記-清除算法。

2. 可達(dá)性分析：

這是Java JVM實(shí)際使用的垃圾收集算法。從一系列被稱為"GC Roots"的對(duì)象開始，所有能夠從這些GC Roots直接或間接到達(dá)的對(duì)象都是活躍的。GC Roots通常包括：

• 棧中的局部變量
• 靜態(tài)變量
• 活動(dòng)線程的引用
• JNI全局引用

下面 V 哥介紹一下可達(dá)性分析的原理

可達(dá)性分析是Java虛擬機(jī)（JVM）中用于垃圾收集的一種算法，其核心原理是通過一系列被稱為GC Roots的對(duì)象開始，遍歷所有可達(dá)的對(duì)象，從而確定哪些對(duì)象是活躍的，哪些對(duì)象是不再被引用的（即“死去”的）。以下是可達(dá)性分析的詳細(xì)步驟：

1. 選擇GC Roots：GC Roots是垃圾收集的起始點(diǎn)，它們是一些特殊的對(duì)象，垃圾收集器認(rèn)為這些對(duì)象是活躍的。GC Roots包括：

• 棧中的局部變量
• 靜態(tài)字段（如靜態(tài)變量）
• 活動(dòng)線程
• JNI全局引用（Java Native Interface）

2. 從GC Roots開始遍歷：垃圾收集器從GC Roots開始，遞歸地訪問所有能夠直接或間接到達(dá)的對(duì)象。

3. 標(biāo)記階段：在遍歷過程中，垃圾收集器會(huì)標(biāo)記所有可達(dá)的對(duì)象。這些被標(biāo)記的對(duì)象被認(rèn)為是活躍的，不會(huì)被回收。

4. 處理循環(huán)引用：可達(dá)性分析可以很好地處理循環(huán)引用問題。即使兩個(gè)對(duì)象相互引用，只要它們不是從GC Roots直接或間接可達(dá)的，它們的引用計(jì)數(shù)就不會(huì)增加，最終會(huì)被垃圾收集器回收。

5. 識(shí)別不可訪問對(duì)象：在標(biāo)記階段結(jié)束后，所有未被標(biāo)記的對(duì)象被認(rèn)為是不可訪問的，即“死去”的，它們將被垃圾收集器回收。

6. 清除階段：垃圾收集器會(huì)清除所有未被標(biāo)記的對(duì)象，釋放它們占用的內(nèi)存。這個(gè)過程可能涉及到內(nèi)存的整理，以避免內(nèi)存碎片。

7. 回收內(nèi)存：最后，垃圾收集器會(huì)將回收的內(nèi)存重新納入可用內(nèi)存池中，供新的對(duì)象使用。

8. 并發(fā)處理：在多線程環(huán)境中，JVM需要處理對(duì)象引用的變化和垃圾收集的并發(fā)問題。這通常通過使用寫屏障（Write Barrier）等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)，確保在引用修改時(shí)，垃圾收集器能夠正確地識(shí)別對(duì)象的可達(dá)性。

9. 垃圾收集器的選擇：JVM提供了多種垃圾收集器，它們在垃圾收集的效率和延遲方面有不同的權(quán)衡。開發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用的需求選擇合適的垃圾收集器。

可達(dá)性分析是一種高效的垃圾收集算法，它能夠準(zhǔn)確地識(shí)別出不再被引用的對(duì)象，同時(shí)處理循環(huán)引用問題，確保內(nèi)存的有效利用。然而，它也可能帶來一些性能開銷，尤其是在對(duì)象圖很大或者垃圾收集頻繁的情況下。因此，JVM提供了多種垃圾收集策略和算法，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景。

3. 標(biāo)記-清除：

在可達(dá)性分析之后，JVM會(huì)標(biāo)記所有從GC Roots可達(dá)的對(duì)象。然后，清除那些沒有被標(biāo)記的對(duì)象，這些對(duì)象被認(rèn)為是“死去”的。

下面 V 哥詳細(xì)介紹一下標(biāo)記-清除的原理

標(biāo)記-清除（Mark-Sweep）是一種常見的垃圾收集算法，它分為兩個(gè)主要階段：標(biāo)記階段和清除階段。以下是標(biāo)記-清除算法的原理和JVM實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)步驟：

原理：

1. 標(biāo)記階段：垃圾收集器遍歷所有對(duì)象，從GC Roots開始，標(biāo)記所有可達(dá)的對(duì)象。被標(biāo)記的對(duì)象被認(rèn)為是存活的，不會(huì)被回收。

2. 清除階段：在標(biāo)記完成后，垃圾收集器遍歷堆內(nèi)存，識(shí)別出未被標(biāo)記的對(duì)象，這些對(duì)象被認(rèn)為是不再被引用的，隨后將這些對(duì)象的內(nèi)存釋放。

JVM實(shí)現(xiàn)步驟：

1. 啟動(dòng)GC：JVM的垃圾收集器根據(jù)一定的條件（如內(nèi)存使用達(dá)到一定閾值）觸發(fā)垃圾收集過程。

2. 標(biāo)記階段：

• 從GC Roots開始，遞歸遍歷所有可達(dá)對(duì)象。
• 為每個(gè)可達(dá)對(duì)象設(shè)置一個(gè)標(biāo)記，表明它們是活躍的。

3. 處理并發(fā)：在多線程環(huán)境中，JVM需要處理垃圾收集過程中對(duì)象引用的變化。這通常通過寫屏障（Write Barrier）來實(shí)現(xiàn)，確保在引用修改時(shí)，垃圾收集器能夠正確地識(shí)別對(duì)象的可達(dá)性。

4. 暫停用戶線程：在標(biāo)記階段，JVM可能會(huì)暫停所有用戶線程，以確保標(biāo)記過程的準(zhǔn)確性。這是所謂的“Stop-the-World”事件。

5. 清除階段：

• 完成標(biāo)記后，垃圾收集器開始清除未被標(biāo)記的對(duì)象。
• 釋放這些對(duì)象占用的內(nèi)存。

6. 處理內(nèi)存碎片：清除過程可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片。JVM可能會(huì)在這個(gè)階段進(jìn)行內(nèi)存整理，以優(yōu)化內(nèi)存使用。

7. 恢復(fù)用戶線程：清除完成后，JVM恢復(fù)之前暫停的用戶線程，讓它們繼續(xù)執(zhí)行。

8. 并發(fā)清除：在某些情況下，JVM的垃圾收集器可能會(huì)嘗試并發(fā)執(zhí)行標(biāo)記和清除階段，以減少對(duì)應(yīng)用程序性能的影響。

9. 優(yōu)化和選擇：JVM提供了多種垃圾收集器，它們在標(biāo)記-清除算法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了優(yōu)化，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和性能需求。

缺點(diǎn)：

• 內(nèi)存碎片：標(biāo)記-清除算法可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存碎片，因?yàn)閷?duì)象被逐個(gè)清除，而不是成塊清除。
• 效率問題：在標(biāo)記和清除階段，JVM可能需要暫停應(yīng)用程序的執(zhí)行，這在某些情況下會(huì)影響性能。

為了解決這些問題，JVM采用了其他算法，如復(fù)制算法（Copying），標(biāo)記-整理算法（Mark-Compact），以及分代收集策略等，以提高垃圾收集的效率和減少對(duì)應(yīng)用程序性能的影響。

4. 清除過程：

清除過程可能涉及到對(duì)象的內(nèi)存釋放和內(nèi)存碎片的整理。這個(gè)過程可能在不同的GC算法中有所不同，例如標(biāo)記-清除、復(fù)制算法、標(biāo)記-整理算法等。

下面來詳細(xì)介紹一下清除過程

清除過程是垃圾收集（Garbage Collection，GC）中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，它發(fā)生在標(biāo)記階段之后。清除過程的目的是移除那些不再被引用的對(duì)象，從而回收它們占用的內(nèi)存。以下是清除過程的原理和JVM實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)步驟：

原理：

清除過程的目標(biāo)是高效地回收不再被使用的內(nèi)存。這個(gè)過程通常涉及以下步驟：

1. 識(shí)別未標(biāo)記對(duì)象：在標(biāo)記階段結(jié)束后，所有未被標(biāo)記的對(duì)象被認(rèn)為是垃圾，即不再被任何引用所指向。

2. 回收內(nèi)存：垃圾收集器將這些未標(biāo)記對(duì)象占用的內(nèi)存釋放，使其成為可用內(nèi)存。

3. 處理內(nèi)存碎片：清除過程中可能會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。為了優(yōu)化內(nèi)存使用，可能需要進(jìn)行內(nèi)存整理。

JVM實(shí)現(xiàn)步驟：

1. 觸發(fā)GC：當(dāng)JVM檢測到內(nèi)存使用達(dá)到一定閾值或滿足其他GC觸發(fā)條件時(shí)，開始執(zhí)行垃圾收集。

2. 標(biāo)記階段：從GC Roots開始，遞歸地標(biāo)記所有可達(dá)的對(duì)象。這一階段結(jié)束后，所有未被標(biāo)記的對(duì)象都是垃圾。

3. 用戶線程暫停：在清除階段開始之前，JVM可能會(huì)暫停所有用戶線程，以確保清除過程不會(huì)與應(yīng)用程序的執(zhí)行發(fā)生沖突。

4. 清除未標(biāo)記對(duì)象：

• 垃圾收集器遍歷堆內(nèi)存，識(shí)別出未被標(biāo)記的對(duì)象。
• 將這些對(duì)象的內(nèi)存釋放，使其成為可用內(nèi)存。

5. 處理內(nèi)存碎片：清除后可能會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片。JVM可以通過以下方式處理：

• 內(nèi)存整理：移動(dòng)存活對(duì)象，將它們緊湊地排列在一起，減少碎片。
• 內(nèi)存壓縮：在某些GC算法中，如標(biāo)記-整理（Mark-Compact）算法，會(huì)重新排列對(duì)象來減少碎片。

6. 恢復(fù)用戶線程：清除完成后，JVM恢復(fù)之前暫停的用戶線程，讓它們繼續(xù)執(zhí)行。

7. 并發(fā)清除：在某些垃圾收集器中，清除過程可以與應(yīng)用程序的執(zhí)行并發(fā)進(jìn)行，以減少對(duì)性能的影響。

8. 選擇垃圾收集器：JVM提供了多種垃圾收集器，它們在清除算法的實(shí)現(xiàn)上有所不同，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和性能需求。

9. 優(yōu)化和調(diào)整：JVM的垃圾收集器會(huì)根據(jù)應(yīng)用程序的行為和性能反饋進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以提高垃圾收集的效率。

清除過程是垃圾收集中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，它直接影響到內(nèi)存的回收效率和應(yīng)用程序的性能。JVM通過多種策略和技術(shù)來優(yōu)化清除過程，以確保內(nèi)存的有效利用和應(yīng)用程序的流暢執(zhí)行。

5. 回收：

最后，JVM會(huì)回收那些被標(biāo)記為“死去”的對(duì)象所占用的內(nèi)存，并將這些內(nèi)存重新納入可用內(nèi)存池中，供新的對(duì)象使用。

下面是 V 哥的詳細(xì)介紹和理解

回收是垃圾收集（Garbage Collection，GC）的最終目標(biāo)，即釋放不再被使用的內(nèi)存資源。在JVM中，回收的原理和實(shí)現(xiàn)步驟如下：

原理：

1. 識(shí)別垃圾：通過垃圾收集算法（如標(biāo)記-清除、復(fù)制、標(biāo)記-整理等）識(shí)別出不再被引用的對(duì)象。

2. 釋放內(nèi)存：將這些垃圾對(duì)象占用的內(nèi)存釋放，使其可以被JVM重新利用。

3. 內(nèi)存管理：確保內(nèi)存的高效使用，避免內(nèi)存碎片，優(yōu)化內(nèi)存分配策略。

JVM實(shí)現(xiàn)步驟：

1. 觸發(fā)GC：JVM根據(jù)內(nèi)存使用情況或特定的GC觸發(fā)條件，啟動(dòng)垃圾收集過程。

2. 選擇GC Roots：確定GC Roots，這些是垃圾收集的起始點(diǎn)，包括棧中的局部變量、靜態(tài)變量、JNI全局引用等。

3. 可達(dá)性分析：從GC Roots開始，進(jìn)行可達(dá)性分析，標(biāo)記所有可達(dá)的對(duì)象。

4. 標(biāo)記階段：遍歷對(duì)象圖，標(biāo)記所有可達(dá)的對(duì)象，未被標(biāo)記的對(duì)象被認(rèn)為是垃圾。

5. 用戶線程暫停：在某些GC算法中，可能需要暫停用戶線程以保證GC的準(zhǔn)確性。

6. 回收階段：

• 清除未標(biāo)記的對(duì)象，釋放它們占用的內(nèi)存。
• 處理內(nèi)存碎片，可能通過內(nèi)存整理或壓縮來優(yōu)化內(nèi)存布局。

7. 內(nèi)存整理：在某些GC算法中，如標(biāo)記-整理算法，會(huì)移動(dòng)存活對(duì)象，減少內(nèi)存碎片。

8. 恢復(fù)用戶線程：GC完成后，恢復(fù)用戶線程的執(zhí)行。

9. 并發(fā)收集：在并發(fā)GC算法中，部分GC工作可以與用戶線程并發(fā)執(zhí)行，以減少停頓時(shí)間。

10. 內(nèi)存分配：回收的內(nèi)存被納入空閑內(nèi)存池，供新對(duì)象分配使用。

11. 化和調(diào)整：JVM的垃圾收集器會(huì)根據(jù)應(yīng)用程序的行為和性能反饋進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整。

12. 選擇垃圾收集器：JVM提供了多種垃圾收集器，每種收集器針對(duì)不同的應(yīng)用場景和性能需求，有不同的回收策略。

回收策略：

1. 分代收集：JVM通常將堆內(nèi)存分為新生代和老年代，采用不同的收集策略。新生代使用復(fù)制算法，老年代可能使用標(biāo)記-清除或標(biāo)記-整理算法。

2. 并發(fā)收集：一些垃圾收集器（如G1、ZGC、Shenandoah）支持并發(fā)收集，減少GC對(duì)應(yīng)用程序性能的影響。

3. 增量收集：通過分步驟執(zhí)行GC，減少單次GC的停頓時(shí)間。

4. 實(shí)時(shí)收集：某些垃圾收集器（如Real-Time Collector）旨在提供可預(yù)測的低延遲GC。

通過這些策略，JVM能夠有效地管理內(nèi)存，確保應(yīng)用程序的高效運(yùn)行。垃圾收集是JVM性能調(diào)優(yōu)的重要組成部分，開發(fā)者需要根據(jù)應(yīng)用程序的特點(diǎn)選擇合適的垃圾收集器和參數(shù)。

5. 并發(fā)問題：

在多線程環(huán)境中，JVM還需要處理對(duì)象引用的變化和垃圾收集的并發(fā)問題。這通常通過使用寫屏障（Write Barrier）等技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。

在多線程環(huán)境中，垃圾收集（Garbage Collection，GC）需要處理并發(fā)問題，以確保在進(jìn)行內(nèi)存回收的同時(shí)，應(yīng)用程序的其他線程可以繼續(xù)執(zhí)行，并且不會(huì)干擾垃圾收集器的工作。以下是并發(fā)問題的原理和JVM處理這些并發(fā)問題的步驟：

并發(fā)問題的原理：

1. 對(duì)象引用變化：在多線程環(huán)境中，對(duì)象的引用可能隨時(shí)發(fā)生變化。一個(gè)對(duì)象可能在一個(gè)線程中被引用，而在另一個(gè)線程中被取消引用。

2. 內(nèi)存一致性：需要保證在多線程環(huán)境下，內(nèi)存操作的可見性和順序性，確保垃圾收集器能夠看到最新的對(duì)象引用狀態(tài)。

3. 避免Stop-the-World：長時(shí)間的GC停頓（Stop-the-World）會(huì)影響應(yīng)用程序的響應(yīng)時(shí)間和吞吐量。

6. 垃圾收集器的選擇：

JVM提供了多種垃圾收集器，它們在垃圾收集的效率和延遲方面有不同的權(quán)衡。開發(fā)者可以根據(jù)應(yīng)用的需求選擇合適的垃圾收集器。

選擇垃圾收集器的策略需要考慮多個(gè)因素，包括應(yīng)用程序的特點(diǎn)、預(yù)期的性能目標(biāo)、硬件環(huán)境等。以下是一些常見的選擇策略和考慮因素，結(jié)合了不同應(yīng)用場景的需求：

1. 吞吐量優(yōu)先：如果應(yīng)用程序的目標(biāo)是最大化CPU的利用率，即盡可能減少垃圾收集時(shí)間，提高應(yīng)用程序的吞吐量，可以選擇如Parallel Scavenge或G1這樣的收集器。

2. 低延遲優(yōu)先：對(duì)于需要快速響應(yīng)用戶請(qǐng)求的應(yīng)用程序，如Web應(yīng)用或交易系統(tǒng)，可以選擇CMS或G1收集器，這些收集器的設(shè)計(jì)目標(biāo)是減少GC引起的停頓時(shí)間。

3. 大堆內(nèi)存管理：對(duì)于擁有大堆內(nèi)存的應(yīng)用程序，G1收集器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)樗梢院芎玫靥幚泶蠖巡⑶彝ｎD時(shí)間可控。

4. 內(nèi)存占用考慮：在內(nèi)存資源受限的環(huán)境中，Serial收集器可能是一個(gè)好選擇，尤其是對(duì)于單核處理器或小型應(yīng)用。

5. 多核CPU利用：對(duì)于多核CPU系統(tǒng)，可以利用并行或并發(fā)收集器，如Parallel Scavenge、Parallel Old或G1，這些收集器可以有效地利用多核處理器的計(jì)算能力。

6. 應(yīng)用的交互性：對(duì)于需要高交互性的應(yīng)用程序，應(yīng)選擇能夠提供快速響應(yīng)的收集器，如CMS，以保持較好的用戶體驗(yàn)。

7. 硬件環(huán)境：考慮服務(wù)器的CPU核心數(shù)和內(nèi)存大小，選擇與之相匹配的收集器。例如，Parallel Scavenge和Parallel Old適合多核服務(wù)器。

8. JVM默認(rèn)設(shè)置：了解不同JDK版本下的默認(rèn)垃圾收集器，如JDK 1.9中G1成為默認(rèn)收集器，并根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。

9. 性能測試和監(jiān)控：通過性能測試和監(jiān)控來評(píng)估不同收集器的效果，根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況選擇最合適的收集器。

10. JVM參數(shù)調(diào)優(yōu)：使用JVM參數(shù)來指定垃圾收集器，并根據(jù)應(yīng)用程序的需要進(jìn)行調(diào)優(yōu)，如設(shè)置最大GC停頓時(shí)間或調(diào)整堆大小。

選擇垃圾收集器并沒有一勞永逸的解決方案，通常需要根據(jù)具體的應(yīng)用場景和性能要求進(jìn)行綜合評(píng)估和調(diào)整。通過理解每種收集器的特點(diǎn)和工作原理，可以更好地進(jìn)行性能調(diào)優(yōu)和選擇合適的垃圾收集器。

最后

JVM通過一系列復(fù)雜的機(jī)制來判定對(duì)象是否“死去”，并進(jìn)行垃圾收集，以確保內(nèi)存的有效利用和避免內(nèi)存泄漏。