Java的垃圾回收老生常谈了，了解Java的GC对我们优化代码，设置参数性能调优有很大的帮助。
特别是面试也经常会问到。
本篇文章一次性帮你总结Java的垃圾回收知识点，主要围绕以下问题展开：
1、为什么要有GC，哪些内存对象需要回收？
对于一个Java开发者来说，了解过Java内存区域的都知道，Java内存区域分了堆、栈、程序计数器等等。
Java的程序计数器，栈内存 ，他们随线程生，随线程灭，方法结束后内存也就回收了。
一个字符串“abc”已经进入常量池，但是当前系统没有任何一个String对象引用了做“abc”的字面量，那么，如果发生垃圾回收并且有必要时，“abc”就会被系统移出常量池。
常量池中的其他类（接口）、方法、字段的符号引用也与此类似。
当Java虚拟机发现内存资源紧张的时候，就会自动地去清理无用变量所占用的内存空间，为我们的程序提升更高的性能。
2、如何判断对象需要回收？
一般常见的两种回收判断算法：
2.1、 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。
任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。
该方法实现简单，效率高，但是它很难它很难解决对象之间相互循环引用的问题。比如图中的 Object3 和Object4相互引用，引用计数不可能为0，虽然它们已经没有被Root引用了。
所以，大多数jvm判断对象是否存活基本并没有采取该方法。
2.2、可达性分析算法（根搜索算法）
这个算法的基本思路就是通过一系列的称为“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(Reference Chain)。
当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时（不可达）则证明此对象是不可用的。
要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。
被认为GC Roots的有以下几种：
- 虚拟机栈中引用的对象
- 方法区中静态属性、常量引用的对象
- Native方法引用的对象
3、如何回收（垃圾收集算法）？
随着Java虚拟机的发展，jvm衍生出了很多种垃圾回收算法。
1、标记-清除（Mark-Sweep）算法
最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标记和清除。
标记阶段标记出所有需要回收的对象，清除阶段回收被标记的对象所占用的空间。
从图中我们就可以发现，该算法最大的问题是内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。
2、复制算法（copying ）
为了解决 Mark-Sweep 算法内存碎片化的缺陷而被提出的算法。按内存容量将内存划分为相等大小的两块。
每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉，如图：
这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活对象增多的话，Copying 算法的效率会大大降低。
3、标记-整理（Mark-Compact）算法
结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和 标记-清除（Mark-Sweep）算法 相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除两端边界外的对象。
直接清除边界的对象也不好，如果边界是老年代，每一次都被清除就很不合理。
4、分代收集算法
分代收集法是目前虚拟机（包括HotSpot VM）收集器都是采用该方法。
对象将根据存活的时间被分为：新生代（Young Generation）、年老代（Old Generation）、永久代（Permanent Generation，也就是方法区），然后进行分代回收，分算法回收。
新生代：对象被创建时，内存的分配首先发生在新生代（准确地说是Eden区，大对象（大于Eden空间）可以直接 被创建在年老代）
新生代又划分为 Eden 区 + Survivor区 （Survivor区又分 from 和 to 区），大小分别占 80%，10%，10%。
Eden区是连续的内存空间，因此在其上分配内存极快。
老年代：老年代存储的对象比新生代多，而且大对象也多。老年代用的算法是标记-整理算法。
永久代（方法区）：1.8就没有了，只有元空间。常见的就是常量池、类信息等等。
分代收集算法的GC过程：
（1）在年轻代中，Eden区提供堆内存如果满了，Eden进行MinorGC，将存活的对象→from ，Eden区清空；
（2）Eden区再次满， Eden 区和 from 区同时进行 Minor GC，把存活对象放入 to 区，Eden和from 同时清空；
如果在to区中的对象仍然存活，则把对象标志 +1。
（3）重复（2）的操作， 某些对象在反复 Survive 15 次后，或者Eden+from 的存活对象 > to ，这些对象就只能放到老年代了，如果老年代放不下了，就进行Full GC）；
（4）当 Old 区也被填满时，进行 Full GC，对 Old 区进行垃圾回收。
可以通过参数 SurvivorRatio 手动配置 Eden 区和单个 Survivor 区的比例，默认为 8。可以通过参数–XX:SurvivorRatio 来设定，即将堆内存中年轻代划分为8:1:1
4、垃圾回收器
垃圾回收器是虚拟机不断发展产生的，不同的垃圾回收器使用不同的垃圾回收算法（下面讲到）
以HotSpot VM来说，垃圾回收器大致分为七种类型：
串行：Serial New收集器
串行：Serial Old收集器
串行：ParNew收集器
并行：Parallel收集器
并行：Parallel Old 收集器
并发标记扫描CMS收集器
G1收集器
注：串行、并行 其它工作线程要暂停，并发不会。
jdk11中，发布最新的ZGC垃圾收集器。完全没有分代的概念，官方介绍是无空间碎片，时间可控，能超大堆收集。
5、JAVA 四中引用类型 与 GC回收关系
6、JVM常见参数
设置合理的jvm参数对Java程序有至关重要的作用。
基本设置：
-Xms300m 起始内存（堆大小）设置为300m
-Xmx 最大内存
-Xmn 新生代内存
-Xss 栈大小。就是创建线程后，分配给每一个线程的内存大小
-XX:NewRatio=n:设置年轻代和年老代的比值。如:为3，表示年轻代与年老代比值为1：3，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4
-XX:SurvivorRatio=n:年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5
-XX:MaxPermSize=n:设置持久代大小
收集器设置
-XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
-XX:+UseParallelGC:设置并行收集器
-XX:+UseParalledlOldGC:设置并行年老代收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器
垃圾回收统计信息
-XX:+PrintGC
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-Xloggc:filename
并行收集器设置
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。
-XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间
-XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)
并发收集器设置
-XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。
-XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。
7、查看垃圾回收器
java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
Windows：
C:\Users\HaC> java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
-XX:InitialHeapSize=266928960 -XX:MaxHeapSize=4270863360 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompress
edClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC
java version "1.8.0_131"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_131-b11)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)
Linux：
[root@GZSB-CJB-SHH1-14-GEMINI-0 ~]# java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
-XX:InitialHeapSize=261339776 -XX:MaxHeapSize=4181436416 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC
java version "1.8.0_131"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_131-b11)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.131-b11, mixed mode)
可以看到是使用了 UseParallelGC
还可以使用 jmap -heap 进程id 命令查看收集器，还可以查看新生代、老年代的空间大小。
[root@VM_0_12_centos ~]# jmap -heap 19505
Attaching to process ID 19505, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.171-b11
using thread-local object allocation.
Garbage-First (G1) GC with 1 thread(s)
Heap Configuration:
MinHeapFreeRatio = 40
MaxHeapFreeRatio = 70
MaxHeapSize = 268435456 (256.0MB)
NewSize = 1363144 (1.2999954223632812MB)
MaxNewSize = 160432128 (153.0MB)
OldSize = 5452592 (5.1999969482421875MB)
NewRatio = 2
SurvivorRatio = 8
MetaspaceSize = 21807104 (20.796875MB)
CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
MaxMetaspaceSize = 17592186044415 MB
G1HeapRegionSize = 1048576 (1.0MB)
Heap Usage:
G1 Heap:
regions = 256
capacity = 268435456 (256.0MB)
used = 66499440 (63.41880798339844MB)
free = 201936016 (192.58119201660156MB)
24.772971868515015% used
G1 Young Generation:
Eden Space:
regions = 18
capacity = 74448896 (71.0MB)
used = 18874368 (18.0MB)
free = 55574528 (53.0MB)
25.35211267605634% used
Survivor Space:
regions = 1
capacity = 1048576 (1.0MB)
used = 1048576 (1.0MB)
free = 0 (0.0MB)
100.0% used
G1 Old Generation:
regions = 46
capacity = 58720256 (56.0MB)
used = 46576496 (44.41880798339844MB)
free = 12143760 (11.581192016601562MB)
79.31929997035435% used
34372 interned Strings occupying 3886072 bytes.
Garbage-First (G1) GC with 1 thread(s) ，可以看到是使用了 G1 垃圾收集器。Eden Space、Survivor Space、G1 Old Generation分别说明了Eden区、Survivor区、老年代的大小。
常用的命令行工具还有：jps、jstat、jinfo、jmap、jstack。而更多的可视化工具如jconsole、visualVM等暂不介绍，大家有兴趣请参阅相关文档。查看新生代内存占用、老年代内存占用、其他区内存占用和GC等四大方面的指标。
8、小结
判断是否需要回收内存的算法：引用计数法、可达性分析算法（根搜索算法）
垃圾回收算法分为 标记-清除、复制、标志-整理、分代收集算法 4种。
垃圾回收器 目前分为7种类型,按类型可分串行，并行，并发标记，G1。小数据量和小型应用，使用串行垃圾回收器即可；
对于对响应时间无特殊要求的，可以使用并行垃圾回收器和并发标记垃圾回收器。对于heap可以分配很大的中大型应用，使用G1垃圾回收器比较好，进一步优化和减少了GC暂停时间，避免用户在使用有顿挫的感觉。
没有最好的垃圾回收器，每一种垃圾回收器有自己的回收算法甚至是几种算法一起用，对新生代和老年代又可以分开回收。
