JVM运行时内存:垃圾回收

1. 什么是垃圾

垃圾 是指在运行程序中没有任何指针指向的对象，这个对象就是需要被回收的垃圾。

如果不及时对内存中的垃圾进行清理，那么，这些垃圾对象所占的内存空间会一直保留到应用程序结束，被保留的空间无法被其他对象使用。甚至可能导致内存溢出。

● 对于高级语言来说，一个基本认知是如果不进行垃圾回收，内存迟早都会被消耗完，因为不断地分配内存空间而不进行回收，就好像不停地生产生活垃圾而从来不打扫一样。

● 除了释放没用的对象，垃圾回收也可以清除内存里的记录碎片。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，以便 JVM 将整理出的内存分配给新的对象。

● 随着应用程序所应付的业务越来越庞大、复杂，用户越来越多，没有GC就不能保证应用程序的正常进行。而经常造成 STW 的 GC 又跟不上实际的需求，所以才会不断地尝试对 GC 进行优化。

另一方面：

● 对于 Java 开发人员而言，自动内存管理就像是一个黑匣子，如果过度依赖于"自动"，那么这将会是一场灾难，最严重的就会弱化 Java 开发人员在程序出现内存溢出时定位问题和解决问题的能力。

● 此时，了解 JVM的自动内存分配和内存回收原理就显得非常重要，只有在真正了解 JVM是如何管理内存后，我们才能够在遇见 OutOfMemoryError 时，快速地根据错误异常日志定位问题和解决问题。

● 当需要排查各种内存溢出、内存泄漏问题时，当垃圾收集成为系统达到更高并发量的瓶颈时，我们就必须对这些"自动化"的技术实施必要的监控和调节。

垃圾回收器可以对年轻代回收，也可以对老年代回收，甚至是全堆和方法区的回收。

其中，Java 中堆是垃圾收集器的工作重点。

JVM 常见的垃圾回收算法包括标记-清除（Mark-Sweep）、标记-整理（Mark-Compact）、复制（Copying）、分代（Generational）等。

标记-清除（Mark-Sweep）：首先，JVM会标记所有活动对象，然后清除所有未标记的对象，从而释放它们的内存空间。

标记-整理（Mark-Compact）：这个算法也会标记所有活动对象，但是它会将它们向一端移动，然后清除不再使用的对象，从而让内存空间连续起来，减少内存碎片化。

复制（Copying）：这种算法将堆内存分为两个区域，当一个区域满了之后，JVM会将所有存活的对象复制到另一个区域，然后清除旧区域的所有对象。

分代（Generational）：这个算法根据对象的存活时间将堆内存分为不同的代，通常是年轻代和老年代。年轻代使用复制算法，而老年代使用标记-清除或标记-整理算法。

各个垃圾回收其之间优缺点:

标记-清除（Mark-Sweep）：

优点：简单直接，适用于大对象和长期存活的对象。

缺点：会产生内存碎片，容易导致频繁的内存碎片整理，影响性能。

标记-整理（Mark-Compact）：

优点：能够减少内存碎片，提高内存利用率，适用于长期运行的应用。

缺点：需要移动对象，可能会造成一些性能损失。

复制（Copying）：

优点：简单高效，不会产生内存碎片，适用于年轻代的垃圾回收。

缺点：需要额外的内存空间来进行复制，不适合存活对象较多的情况。

分代（Generational）：

优点：充分利用了对象的生命周期特性，年轻代的对象生命周期较短，适合使用复制算法；老年代的对象生命周期较长，适合使用标记-清除或标记-整理算法。

缺点：需要维护多个代之间的关系，实现相对复杂，同时也会增加内存开销。

这些算法都有各自的优势和劣势，选择哪种算法取决于应用的特性和需求。