JVM——垃圾回收

触发垃圾回收的方式：

内存不足时：堆内存不足，无法为新对象分配内存时触发垃圾回收
手动请求建议：调用System.gc()或Runtime.getRuntime.gc()建议垃圾回收，不保证立即执行
设置JVM参数：-Xmx（最大堆内存），-Xms（初始堆内存），-Xmn（新生代内存）
自定义阈值：不同垃圾回收器内部实现了不同策略，设置对应的对象数量或内存空间阈值

判断对象是否为垃圾的方法有哪些？

引用计数法:

原理：为每个对象分配一个引用计数器，每当有一个地方引用该对象，计数器加1，每当引用变量被移除或指向其他对象时，计数器减1。计数器为0时表示没有引用，可以被回收。
缺陷：不能解决循环引用问题，即两个对象互相引用或引用链成环，即使这些对象不被使用也无法被回收

可达性分析算法：

原理：从一组GC root（垃圾收集根）对象出发 ，向下追溯引用链 （类似于深度搜索），若某个对象不与任何引用链相连 ，那么就认为这个对象是不可达的，可以被回收。

GC root包含：

**虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）**中引用的对象
本地方法栈中引用的对象
方法区 中静态属性对象和常量对象
持有锁的对象

垃圾回收算法有哪些？

标记---清除算法：

原理：利用可达性分析标记出需要回收的所有对象，再统一回收
缺陷：标记和清除的过程效率都不高 ，且清除结束后容易产生大量碎片化空间，不利于空间的再利用。

复制算法：

原理：将内存分为两部分（from和to区域） ，每次申请内存时使用其中一块（作为from区域）。在可达性分析的过程中将存活对象按顺序紧凑复制到to区域（空闲内存块）中。最后清理from和Eden区域。
缺陷：每次只能使用一半的内存，内存利用率低 。无需显式清除垃圾对象，存活对象较多时由于复制较多导致效率较低

标记---整理（压缩）算法：

原理：标记过程与标记---清除算法一致，但标记后不会立即清理 ，而是将所有存活对象都移动到内存的一端 。移动结束后直接清理剩余部分。

分代回收算法：

将内存划分为新生代和老年代。分配依据是对象的生命周期。对象创建时会在新生代中申请内存，新生代的每次GC都会使存活下来的对象年龄+1，当年龄超过阈值（默认15）时会将对象晋升到老年代中。（若幸存区内存超过百分之50也会直接将年龄较大的对象直接晋升到老年代中，避免频繁GC）

STW（stop the world）

STW会暂停所有用户线程（如业务逻辑、IO操作），以确保GC准确识别存活对象与垃圾。

否则可能导致以下问题：

引用关系变化
- 例如：线程 A 正在扫描对象 X，而线程 B 突然修改 X 的引用，导致 GC 误判（漏标或错标）。
对象移动问题
- 如果 GC 正在压缩堆（如 Serial / Parallel GC 的整理阶段） ，用户线程可能访问到已被移动的旧地址，导致内存访问错误。
并发竞争
- 用户线程和 GC 线程同时操作堆内存，可能引发数据竞争（Data Race），破坏堆的完整性。

垃圾回收器有哪些？

响应速度优先是什么：

单次STW时间更短但更频繁或允许用户线程和GC线程并发，对客户端交互的响应速度更快。

吞吐量优先是什么：

单次STW时间更长，但次数少，适合计算量大且交互不多的场景。

CMS回收器详解：

老年代的一种并发低延迟垃圾回收器 ，旨在减少STW时间，适用于响应时间敏感的服务

核心特点：

并发标记清理：
标记---清除算法：
分代回收：通常与parNew配合使用

工作流程：

1、初始标记（STW）：

快速标记GC Roots对象，STW时间极短

2、并发标记：

递归遍历引用链 ，标记所有存活对象
并发执行，不阻塞用户线程
由于用户线程可能修改引用，导致"浮动垃圾"（本次GC无法回收）

3、重新标记（STW）：

修正并发时用户线程更改的引用（关注新增引用，防止回收新的存活对象，但无法避免浮动垃圾）
比初始标记时间稍长，但比full GC短

4、并发清除：

清除未标记对象，回收内存，但会产生碎片化内存
并发执行，不阻塞用户线程

Full GC（失败退化）

长期碎片化内存堆积可能导致晋升失败，退化为Serial Old GC（单线程标记---整理），大幅增加STW时间

G1回收器详解：

独特动态内存模型：

不再物理严格划分代 ，而是逻辑保留代的概念 ，通过Region（区域）动态填充

G1将堆划分为多个固定大小的Region （1mb~32mb，可通过-XX：GHeapRegionSize调整），并动态分配给不同代：

Eden Regions（伊甸区）
Survivor Regions（幸存区）
Old Regions（老年代）
Humongous Regions（存放超过Region大小50%的对象）

优势：

避免全堆回收，只回收包含垃圾最多的Region
大对象单独存储，减少复制开销

工作流程：

回收过程分为Minor GC和Mixed GC ，并最终可能触发full GC（应该尽量避免）

Minor GC（STW）

类似于ParNew回收器，但是使用Region

Eden区满时触发
并行标记存活对象（STW）
**复制存活对象（STW）**到Survivor区或Old区
清空Eden区和from区，调整Region布局

并发标记周期（类似于CMS的回收流程）

老年代达到阈值（-XX：InitiatingHeapOccupancyPercent，默认45%）时执行

1、初始标记（STW）：

快速标记GC Roots对象，STW时间极短

2、并发标记：

递归遍历引用链 ，标记所有存活对象
并发执行，不阻塞用户线程
由于用户线程可能修改引用，导致"浮动垃圾"（本次GC无法回收）

3、最终标记（STW）：

修正并发时用户线程更改的引用（关注新增引用，防止回收新的存活对象，但无法避免浮动垃圾）

4、统计存活对象

统计Region的存活对象，为Mixed GC做准备

Mixed GC（STW）

并发标记完成后，选择垃圾比例高的Region进行回收
复制存活对象到空闲Region（类似Minor GC）
清理垃圾Region，调整内存布局

Full GC（失败回退）

并发模式失败**（回收速度跟不上分配速度）** 或堆内存不足时触发
退化为Serial Old（单线程标记---整理），STW时间长

G1与CMS的对比：

使用范围不同：

CMS是老年代收集器
G1收集范围是新生代和老年代

STW时间：

CMS以最小的停顿时间为目标
G1可预测垃圾回收的停顿时间，兼顾响应速度和吞吐量

垃圾碎片：

CMS会产生碎片化内存
G1使用的是复制算法，无碎片化内存

跨代引用及优化方式

跨代引用指新生代和老年代对象间可能存在互相引用的关系 ，在执行minor gc时就需要进行全堆扫描来确定幸存对象

解决方案：

1、记忆集：

记录老年代区域指向新生代区域的引用，直接加入到GC roots中

2、卡表：

记忆集的具体实现，将老年代划分为多个卡页（默认512字节）
写屏障：引用变动时动态更新卡表，标记脏卡
minor GC扫描时只需要扫描脏卡页而无需全堆扫描

3、RSet：

G1回收器对记忆集的具体实现，类似于卡表
Region内部会记录其他Region对当前Region对象的引用

并发标记时的并发安全：

CMS增量更新：

当出现黑色对象新增与白色对象的引用 时，写屏障会拦截 这一操作，并将该黑色对象加入增量更新队列中
重新标记阶段 ，CMS会遍历增量更新队列，将黑色对象降级为灰色重新扫描引用链，避免漏标

G1快照（satb）：

记录并发标记开始前的引用关系 作为快照，写屏障会拦截引用更新（覆盖或删除）并记录旧引用
若出现快照中不存在的新对象 ，则直接标记为存活状态（隐式标记，不染色）
对于引用删除，写屏障会记录旧引用，并加入satb队列中 ，在最终标记阶段 ，会将队列中存在于快照的对象标记为黑色，避免漏标