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对象是否存活

Java与C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进去，墙里面的人想出来。

了解GC和内存非配的目的是：当需要排查各种内存溢出、内存泄露问题时，当垃圾收集成为系统达到更高并发量的瓶颈时，为了更好的对这些自动化技术实施必要的监控和调节。

程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈这三个区域是线程私有的方法结束或线程结束内存就跟着回收了；但在堆和方法区中，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，只有在程序处于运行期间才会知道会创建哪些对象，这部分的内存是动态的，也是垃圾收集器所关注的。

堆里面存放了几乎所有的对象实例，垃圾收集器在对堆进行回收前，首先确定对象是否存活（是否还有可能再被任何途径使用）。而判断对象是否存活的算法有引用计数算法和可达性分析算法两种，但目前主流的实现是通过可达性分析来判断对象是否存活的。

引用计数算法

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；任何时刻计数器值为0的对象就是不可能再被使用的。

引用计数算法实现简单，判定效率很高，在大部分情况下它都是一个不错的算法，Python就是是使用的引用计数算法进行的内存管理。但是主流的Java虚拟机里面没有选用引用计数算法来管理内存，其中最主要的原因是它很难解决对象之间相互引用的问题。

可达性分析算法

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，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象时不可用的。

可达性分析算法判断对象是否可回收

在Java中可作为GC Roots的对象包括下面几种：

  • 虚拟机栈（栈帧中的局部变量表）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（本地方法）引用的对象。

引用

无论时通过引用计数算法还是通过可达性分析算法判断对象是否存都与引用有关。

在JDK 1.2以前，如果reference类型的数据中存储的数值代表的是另外一块内存的起始地址，就称这块内存代表着一个引用；在JDK 1.2之后，Java对引用的概念进行了扩充，将引用分为强引用、软引用、弱引用、虚引用4种，这4种引用强度依次逐渐减弱。

强引用在程序代码中普遍存在的，类似Object obj = new Object()这类的引用，只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。

软引用是用来描述一些还有用但并非必要的对象。软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行二次回收。JDK提供了SoftReference类来实现软引用。

弱引用也是用来描述非必要对象，且比软引用更弱，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生之前。JDK提供了WeakReference类来实现弱引用。

虚引用最弱的一种引用关系，也被称为幽灵引用或幻影引用。一个对象是否有虚引用存在完全不影响其生存时间，也无法通过虚引用来获取对象的实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的是能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。JDK提供了Phantomeference类来实现虚引用。

finalize方法

即使对象不可达，也并非立即将该对象GC掉，真正宣告一个对象死亡至少需要经历两次标记过程，若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，筛选条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。

如果对象没有覆盖finalize()方法或者finalize()方法已经被虚拟机调用过了，虚拟机将这两种情况视为没有必要执行，那么在下一个回收周期对象将会被回收。

如果对象被判定为有必要执行finalize()方法，该对象会被放置在一个叫做F-Queue的队列中，并在稍后由一个虚拟机自动建立的、低优先级的Finalizer线程去执行。虚拟机会触发这个方法但是不会等待它运行结束，因为如果有的finalize()方法执行缓慢甚至发送死循环，很可能导致F-Queue队列中其他对象永远处于等待，从而导致整个内存回收系统奔溃。稍后GC将对F-Queue中的对象进行二次小规模标记，被二次标记的对象在下一个回收周期将会被回收。

如果对象在finalize()方法中重新与引用链上的任何对象建立关联，在二次标记时它将被移除即将回收的集合。且任何对象的finalize()方法只会被系统自动调用一次。

有很多地方说finalize()方法适合做关闭外部资源之类的工作，但是finalize()方法运行的代价高昂、不确定性大，无法保证各个对象的调用顺序。且finalize()方法能做的所有工作，使用try-finally或者其他方式都可以做到而且可以做得更好跟及时，所以尽量不要使用finalize()方法。

回收方法区

很多人认为方法区（HotSpot中的永久代）没有垃圾收集，虚拟机规范中确实说过可以不要求虚拟机在方法区实现垃圾收集，且方法区垃圾收集性价比很低，是否对方法区进行垃圾收集HotSpot通过-Xnoclassgc参数来控制。

方法区的垃圾收集主要回收废弃的常量和无用的类两部分。回收废弃的常量与回收堆中的对象非常类似。判断一个类是否是无用的类的条件非常苛刻，需要同时满足下面3个条件：

  • 该类所有的实例都已经被回收，也就是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。

通常在大量使用反射、动态代理、CGLib等ByteCode框架、动态生成JSP以及OSGi这类频繁自定义ClassLoader的场景需要虚拟机具备类卸载功能，以保证方法区不会溢出。