聊聊面试中常问的GC机制，

聊聊面试中常问的GC机制，

GC 中文直译垃圾回收，是一种回收内存空间避免内存泄漏的机制。当 JVM 内存紧张，通过执行 GC 有效回收内存，转而分配给新对象从而实现内存的再利用。 JVM GC 机制虽然无需开发主动参与，减轻不少工作量，但是某些情况下，自动 GC 将会导致系统性能下降，响应变慢，所以这就需要我们提前了解掌握 GC 机制。当面对这种情况时，才能从容不迫的解决问题。另外 GC机制也是 Java 面试高频考题，了解掌握 GC 是一项必备技能。

学习 GC ，首先我们解决三个问题:

• 什么是垃圾
• 在哪里回收垃圾
• 怎么回收垃圾

什么是垃圾#

我们先来看一段简单的代码。

上面代码通过将字符串对象转化成字节数组，然后写入本地文件。方法一旦开始执行，就将会在分配一定内存给新建的对象，然后将引用告诉了 str ， bytes 变量。等到方法执行完毕，方法内部局部变量紧接将就会被销毁。但是这样仅仅销毁了局部变量，却没有带走内存上这些实际的对象。这类不再起作用，没有被引用的对象，将其归类为垃圾。

在偌大的内存上存活着无数对象， GC 之前需要准确将这些对象标记出来，分为存活对象与垃圾对象。这个过程一旦少标记，那就只能等待下次 GC 标记，再回收，这样将会影响 GC 效率。另外决不能错标记，将正常存活对象标记为垃圾。一旦回收正常存活的对象，可能就会引起程序各种崩溃。

目前有两种算法可以用来标记：

• 引用计数法
• 可达性分析法

引用计数法#

引用计数法通过在对象头分配一个字段，用来存储该对象引用计数。一旦该对象被其他对象引用，计数加 1。如果这个引用失效，计数减 1。当引用计数值为 0 时，代表这个对象已不再被引用，可以被回收。

引用计数法

如上图所示，当 str 引用堆中对象时，计数值增加为 1。当 str 变为 null 时，既不再引用该对象，计数值减 1。此时该对象就可以被 GC 回收。

引用计数法只需要判断计数值，所以实现比较简单，这个过程也比较高效。但是存在一个很严重的问题，无法解决对象循环引用问题。

引用计数法-1

从上图可以看到， a , b 不再引用堆中对象，导致计数减一。此时两个对象内部还存在互相引用，计数值不为 0，此时 GC 没办法回收该对象。

可达性分析法#

这个算法首先需要按照规则查找当前活跃的引用，将其称为 GC Roots 。接着将 GC Roots 作为根节点出发，遍历对象引用关系图，将可以遍历（可达）的对象标记为存活，其余对象当做无用对象。

可达性分析

注意这里是是 引用 ，而不是对象。

从上图可以看到，绿色对象虽然存在循环引用，但是由于这些对象不能被 GC Roots 遍历到，所以将会被回收。

可以被当做 GC Roots 活跃引用包括但不限于以下引用：

• 方法中局部变量
• 静态变量，常量
• JNI handles
• ....

在哪里回收垃圾#

还记得刚开始接触 Java 时，只知道堆栈，对象实例分配在堆中，方法中局部变量位于栈中。实际上 JVM 内存区域划分更加细致，分为：

• 堆
• 方法区
• 虚拟机栈
• 本地方法栈
• 程序计数器

JVM 运行时内存区域划分

如图所示，我们将内存划分为线程私有与线程共享的区域。方法区与堆都是线程共享的区域，这两部分占用 JVM 大部分内存，剩下三个小弟将会跟线程绑定，随着线程消亡，自动将会被 JVM回收。

堆

堆应该是大家最熟悉的一块区域，几乎所有对象实例都将会在此出生，通常也是虚拟机上占用内存最大一块区域，简直就是 JVM 内存中的大哥大。堆内存内部也不是简简单单一块而已，目前将会根据分代算法，将堆分代，不同对象位于不同区域。这一点我们下文再详细了解。

方法区

方法区将会保存已被虚拟上加载的类信息、常量，静态变量，字节码等信息，堆上的对象正式通过方法区这些信息，才能正确创建出来。

栈

虚拟机栈栈由一系列栈帧组成，每个栈帧其实代表一个方法，栈帧中将会保存一个方法的局部变量表，方法出入口信息，操作栈等。每当调用一个方法，就将会把这个栈帧压入栈中，执行结束，出栈。

本地方法栈与虚拟机栈比较类似，最大区别在于，虚拟机栈执行的 Java 方法，而本地方法栈将会用来执行 Native 方法服务。下面方法就会在本地方法栈中执行。

<pre class="java">GC Roots

 

 

虽然标记-整理算法解决了标记-清除算法空间碎片问题，也完整利用整个内存空间，但是这个算法问题效率并不高。相较于标记-清除算法，标记-整理算法多增加整理这一步，所以该算法效率还低于标记-清除算法。

分代收集算法#

从上面三种 GC 算法可以看到，并没有一种空间与时间效率都是比较完美的算法，所以只能做的是综合利用各种算法特点将其作用到不用的内存区域。

目前商业虚拟机根据对象存活周期不同划分内存区域，一般分为新生代，老年代。新对象一般情况都会优先分配在新生代，新生代对象若存活时间大于一定阈值之后，将会移到至老年代。新生代的对象都是短命鬼，老年代的对象都是长寿先生。

新生代每次 GC 之后都可以回收大批量对象，所以比较适合复制算法，只需要付出少量复制存活对象的成本。这里内存划分并没有按照 1:1 划分，默认将会按照 8:1:1 划分成 Eden 与两块 Survivor 空间。每次使用 Eden 与一块 Survivor 空间，这样我们只是闲置 10% 内存空间。不过我们每次回收并不能保证存活对象小于 10%,在这种情况下就需要依靠老年代的内存分配担保。当 Survivor 空间并不能保存剩余存活对象，就将这些对象通过分配担保进制移动至老年代。

老年代中对象存活率将会特别高，且没有额外空间进行分配担保，所以并不适合复制算法，所以需要使用标记-清除或标记-整理算法。

感谢你看完我的长篇大论，如果觉得对你有帮助的话，可以动动你敲代码的小手帮我点个赞。
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