垃圾的产生

每一个线程会有一个栈，用于放方法、引用等信息，而堆中放了实际的对象数据，栈帧所指向的方法执行完后会自动释放（移动栈帧），但是堆中的对象并不能很好的管理，于是出现了垃圾，浪费了内存空间

在开发语言中，C/C++的执行效率很高，但是开发效率低，内存难管理，后来出现的开发语言如Java、Python、Go都方便了内存的管理，这里的管理不是指不在出现原有的问题，而是引入了垃圾回收器（GC）

引入GC后，应用线程只管内存的分配，GC线程负责内存的回收

如何判断垃圾

引用计数算法：给对象添加一个计数器，如果被引用，就进行一次计数，当计数为0则进行回收，这个方法无法解决循环依赖问题
根可达算法：当一个对象无法链接到根节点即被认定为垃圾，解决了循环依赖问题

根的定义

栈中的引用
静态变量中的引用
常量池中的引用
JNI（Java Native Interface）中的引用

垃圾回收算法

标记清除
- 分为标记阶段和清除阶段，标记阶段先通过根节点（GC Roots）标记所有从根节点开始的对象，未被标记的对象就是垃圾对象；然后在清除阶段清除未被标记的对象
- 优点是算法简单，缺点是内存容易产生碎片化，扫描了空间两次
拷贝算法
- 不管内存多大，一分为二，但一半内存满了后，从根节点开始扫描，标记所有不是垃圾的对象并复制到一块新的内存中，然后将原来的内存块全部清除
- 优点是算法简单执行效率高，解决了碎片化问题，缺点是浪费内存，有一半没用到
标记压缩
- 在进行扫描的时候将有用的对象往前挪动，再进行清除
- 优点是没有碎片化，没有浪费空间，缺点是算法效率低（对象产生了挪动）

三种算法各有优劣势，Java的做法是都使用，结合成了不同的垃圾回收器

堆内存模型

JDK1.8及以前使用的是分代垃圾收集器，之后不再分代

针对不同的分代采用不同的垃圾回收算法，新生代采用拷贝算法，老年代采用标记压缩或标记压缩和标记清除的组合

一般来说，新产生的对象一次回收会清除掉90%，每次回收将伊甸园区中存活的对象放入一个幸存者区，回收掉伊甸园区和另一个幸存者区，同理，第二次回收也是将伊甸园区中存活的对象放入空的那个幸存者区，回收掉伊甸园区和原有对象的幸存者区，这样的效率最高，当一个对象多次扫描后依然存活，就会放入老年区，不再进行扫描

GC的演化

Serial + Serial Old
- 一开始内存只有几兆到几十兆，使用单线程STW（stop-the-word）即可完成垃圾的回收，回收时停止所有处理
Parallel Scavenge + Parallel Old
- 当内存到几十兆到1G，单线程处理会造成过长的停止时间，于是采用多线程进行垃圾回收，同样会停止所有处理，Java8默认的GC机制
Concurrent GC
- 当内存有几十G时，更多的线程反而效率低下，所以采用同时回收方式，业务线程和垃圾回收线程可以同时工作，不在STW，常见的CMD、ParNew、G1、ZGC、Shenansosh回收器都是该机制
- CMS从诞生就没有成为默认的回收器，虽然具有并发执行、低延迟等优点，但其内存碎片、停顿时间较长、对CPU资源需求高、无法处理永久代以及无法处理超大对象和数组等缺点

三色标记算法

发生在Concurrent GC并发标记阶段，在三色标记算法中，黑色表示“已处理”，灰色表示“可达但未处理”，白色表示“未访问过”。当垃圾回收器需要回收内存时，它只回收白色对象，因为黑色对象不再需要被回收。而灰色对象则需要继续被遍历，直到它们变为黑色

G1回收器

G1在物理上不分区，在逻辑上进行分区。G1将堆内存分为许多个大小相等的区域（Region），每个区域的大小通常为1MB到32MB不等。G1将整个堆空间分成Young区、Survivor区和Old区。其中，Young区和Survivor区用于存放新生成的对象，而Old区则用于存放生命周期较长的对象

G1使用了一种增量收集的方式来进行垃圾回收，这意味着它会根据需要逐步回收内存，而不是一次性地回收整个堆内存。当某个区域中的垃圾占据了该区域总容量的一定比例时，G1就会选择该区域作为下一轮垃圾回收的目标

G1将所有的区域都看做是一个整体进行管理，因此可以避免内存碎片的问题。此外，由于G1只对部分区域进行处理，所以每次垃圾回收所需的时间也大大减少，从而提高了系统的响应速度和吞吐量

PS + PO

Java8默认的垃圾回收器为Parallel Scavenge + Parallel Old

什么是调优

根据需求进行JVM规划和预调整
优化JVM环境运行慢、卡顿问题
解决JVM运行过程中的问题，如：OOM