第九周作业

JVM（java 虚拟机）就是一层用软件实现的物理机。Java 通俗来说就是编译器将 Java 文件编译成.class，通过 JVM 加载并执行这些.class 文件

所谓垃圾回收，指的是 JVM 将堆空间中不再使用的对象清理掉的过程，这是由 JVM 自动完成的。根据 JVM 的架构，在启动 JVM 的时候会开辟一块内存空间作为堆空间，这个空间被 JVM 中的所有线程共享，Java 程序运行中所有新创建的对象都会被放入堆空间。如由于堆空间的容量是有限的，如果不断的新建对象放入堆空间，那么很快空间就会不够用，因此必须对垃圾对象所占用的内存空间进行清理，回收可用的内存空间给后续的对象创建使用。

JVM 的垃圾回收原理大致分为四个方面，分别是垃圾对象的识别、内存清理方法、分代回收以及垃圾回收器。

垃圾对象识别

JVM 识别垃圾对象使用一种可达性分析算法，这个算法从线程栈中的局部变量和方法区中的静态变量出发，找到它们所引用的对象，并递归地查找这些对象是否还有引用其他对象，对所有引用到的对象进行标记，直到没有更多对象可以标记。那么所有被标记过的对象就是仍在使用的对象，而剩下的未标记的对象则是可回收的垃圾对象。

可达性分析 从 GC Roots 对象出发一路向下遍历，将遍历到的对象标记为可达，其他对象即不可达。其中 GC Root 包括：栈中引用对象、方法区中的静态或是常量引用，以及本地方法栈中的 JNI 引用对象。

GC 算法 经可达性分析后，那些不可达的对象将等待回收。

内存清理方法

在标记完存活对象之后，对于垃圾对象所占用的内存空间即可执行清理。最简单的方式就是直接清空这些内存空间，而在实际操作中，只需把这些内存空间的状态改为空闲，这样如果有新对象创建需要分配内存空间，只需从这些空闲空间中进行分配即可，这跟硬盘删除文件时的原理是类似的。但是，如果只是简单地清理这些垃圾对象占用的内存空间，会导致这些被回收的空间分布零散、不连续，这样如果有较大的对象需要创建的话，小空间就无法被用上。因此第二种方法是将存活对象统一移动到一段连续的内存空间，而剩下的连续空间则都是空闲的，可以被用于大对象的创建。第三种方法是将堆空间预先分为两部分，只在其中一部分新建对象，当这部分空间用完时，将其中的存活对象拷贝到另一部分，然后清空这部分的空间即可。

常用的回收算法有：

mark-sweep 标记清除法：将标记的回收区域直接清空

mark-copy 标记拷贝法：将内存对半分，总保留一半是空闲的；回收时，将零散存活的对象连续地复制到另一半的空闲内存区。

mark-compact 标记合并法：先清理垃圾对象，再挪动存活对象，并保证连续存储

generation-collect 分代收集算法

分代回收

JVM 中绝大多数新建对象的生命周期都很短，可能创建出来执行相应操作后马上就没用了，因此绝大部分是可以回收的，只有少数对象会被持续使用。因此 JVM 将对象分为新生代对象和老年代对象。所有新创建的对象都被放置在新生代内存区，新生代还分为了 Eden、From、To 三个区，在垃圾回收过程中按顺序逐级将存活对象移到下一级，直到进入老年代内存区。

分代收集算法提供了两种模式：

Minor GC 也叫 Young GC，顾名思义主要在新生代活动的回收机制：

Eden 满了，标记复制到 S0；Eden 清空

Eden+S0 满了，标记复制到 S1；Eden 和 S0 清空

Eden+S1 满了，标记复制 S0；Eden 和 S1 清空

循环往复步骤 2、3

将 S0 和 S1 间多次往复的标记块晋升到老年代

Major GC：老年代也满了，就整体标记清除或是标记合并一下，但是会比较耗时

垃圾回收器

早期单核 CPU 时代，JVM 在进行垃圾回收的时候需要暂停住所有正在运行的工作线程，这一步被称为 stop-the-world，然后启动一个垃圾回收线程进行垃圾回收，回收完之后继续运行各个工作线程。后来有了多核 CPU，支持多线程并行运行，于是 stop-the-world 之后的垃圾回收线程从一个扩展到多个，以并行的方式进行垃圾回收，从而极大缩短了工作线程暂停的时间。为了进一步减少工作线程被暂停的情况，又出现了并发回收机制，即将垃圾回收分为多个阶段，在第一轮标记的时候，垃圾回收线程与工作线程并发运行，然后进入 stop-the-world，对标记进行检查更新，再恢复工作线程，让垃圾回收线程以并发的方式进行清理。

垃圾回收器一直在发展，一共经历了四个阶段：

Serial（串行）收集器

Parallel（并行）收集器

CMS（并发）收集器

G1 收集器