图解 Java 的垃圾回收机制
图解 Java 的垃圾回收机制
垃圾回收是一种在堆内存中找出哪些对象在被使用，还有哪些对象没被使用，并且将后者回收掉的机制。
所谓使用中的对象，指的是程序中还有引用的对象；而未使用中的对象，指的是程序中已经没有引用的对象，该对象占用的内存也可以被回收掉。
Java 语言出来之前，大家都在拼命的写 C 或者 C++ 的程序，此时存在一个很大的矛盾，C++ 等语言创建对象需要不断的去开辟空间，不用的时候又需要不断的去释放空间，既要写构造函数，又要写析构函数，很多时候都在重复的 allocated，然后不停的析构。而 Java 不一样，它有垃圾回收器，释放内存由回收器负责。
垃圾回收的第一步是标记。垃圾回收器此时会找出内存哪些在使用中，哪些不是。
上图中，蓝色表示已引用对象，橙色表示未引用对象。垃圾回收器要检查完所有的对象，才能知道哪些有被引用，哪些没。如果系统里所有的对象都要检查，那这一步可能会相当耗时间。
垃圾回收的第二步是清除，这一步会删掉标记出的未引用对象。
内存分配器会保留指向可用内存中的引用，以分配给新的对象。
垃圾回收的第三步是压缩，为了提升性能，删除了未引用对象后，还可以将剩下的已引用对象放在一起（压缩），这样就能更简单快捷地分配新对象了。
之前提到过，逐一标记和压缩 Java 虚拟机中的所有对象非常低效：分配的对象越多，垃圾回收需要的时间就越久。不过，根据统计，大部分的对象，其实用没多久就不用了。
来看个例子吧。下图中，竖轴代表已分配的字节，而横轴代表程序的运行时间。
可见，存活（没被释放）的对象随着运行时间越来越少。图中左侧的峰值，也表明了大部分对象其实都挺短命的。
到这，这篇内容就分为两部分了，一部分是国外大神的讲解，一部分是阿里大神的讲解。先来看国外大神的。
根据之前的规律，就可以用来提升 JVM 的效率了。方法是，把堆分成几个部分（就是所谓的分代），分别是新生代、老年代，以及永生代。
新对象会被分配在新生代内存。一旦新生代内存满了，就会开始对死掉的对象，进行所谓的小型垃圾回收（Minor GC）过程。一片新生代内存里，死掉的越多，回收过程就越快；至于那些还活着的对象，此时就会老化，并最终老到进入老年代内存。
Stop the World 事件 —— 小型垃圾回收属于一种叫 "Stop the World" 的事件。在这种事件发生时，所有的程序线程都要暂停，直到事件完成（比如这里就是完成了所有回收工作）为止。
老年代用来保存长时间存活的对象。通常，设置一个阈值，当达到该年龄时，年轻代对象会被移动到老年代。最终老年代也会被回收。这个事件为 Major GC。
Major GC 也会触发 STW（Stop the World）。通常，Major GC 会慢很多，因为它涉及到所有存活对象。所以，对于响应性的应用程序，应该尽量避免 Major GC。还要注意，Major GC 的 STW 的时长受年老代垃圾回收器类型的影响。
永久代包含 JVM 用于描述应用程序中类和方法的元数据。永久代是由 JVM 在运行时根据应用程序使用的类来填充的。此外，Java SE 类库和方法也存储在这里。
如果 JVM 发现某些类不再需要，并且其他类可能需要空间，则这些类可能会被回收。
首先，将任何新对象分配给 eden 空间。 两个 survivor 空间都是空的。
当 eden 空间填满时，会触发轻微的垃圾收集。
引用的对象被移动到第一个 survivor 空间。 清除 eden 空间时，将删除未引用的对象。
在下一次 Minor GC 中，Eden 区也会做同样的操作。删除未被引用的对象，并将被引用的对象移动到 Survivor 区。然而，这里，他们被移动到了第二个 Survivor 区（S1）。
此外，第一个 Survivor 区（S0）中，在上一次 Minor GC 幸存的对象，会增加年龄，并被移动到 S1 中。待所有幸存对象都被移动到 S1 后，S0 和 Eden 区都会被清空。注意，Survivor 区中有了不同年龄的对象。
在下一次 Minor GC 中，会重复同样的操作。不过，这一次 Survivor 区会交换。被引用的对象移动到 S0,。幸存的对象增加年龄。Eden 区和 S1 被清空。
此幻灯片演示了 promotion。 在较小的 GC 之后，当老化的物体达到一定的年龄阈值（在该示例中为 8）时，它们从年轻一代晋升到老一代。
随着较小的 GC 持续发生，物体将继续被推广到老一代空间。
所以这几乎涵盖了年轻一代的整个过程。 最终，将主要对老一代进行 GC，清理并最终压缩该空间。
接下来，看阿里大神的版本。
Java 堆（Java Heap）是 JVM 所管理的内存中最大的一块，堆又是垃圾收集器管理的主要区域，这里我们主要分析一下 Java 堆的结构。
Java 堆主要分为 2 个区域-年轻代与老年代，其中年轻代又分 Eden 区和 Survivor 区，其中 Survivor 区又分 From 和 To 2 个区。可能这时候大家会有疑问，为什么需要 Survivor 区，为什么 Survivor 还要分 2 个区。
大多数情况下，对象会在新生代 Eden 区中进行分配。当 Eden 区没有足够空间进行分配时，虚拟机会发起一次 Minor GC，Minor GC 相比 Major GC 更频繁，回收速度也更快。
通过 Minor GC 之后，Eden 会被清空，Eden 区中绝大部分对象会被回收，而那些无需回收的存活对象，将会进到 Survivor 的 From 区（若 From 区不够，则直接进入 Old 区）。
Survivor 区相当于是 Eden 区和 Old 区的一个缓冲，类似于我们交通灯中的黄灯。Survivor 又分为 2 个区，一个是 From 区，一个是 To 区。每次执行 Minor GC，会将 Eden 区和 From 存活的对象放到 Survivor 的 To 区（如果 To 区不够，则直接进入 Old 区）。
之所以有 Survivor 区是因为如果没有 Survivor 区，Eden 区每进行一次 Minor GC，存活的对象就会被送到老年代，老年代很快就会被填满。而有很多对象虽然一次 Minor GC 没有消灭，但其实也并不会蹦跶多久，或许第二次，第三次就需要被清除。这时候移入老年区，很明显不是一个明智的决定。
所以，Survivor 的存在意义就是减少被送到老年代的对象，进而减少 Major GC 的发生。Survivor 的预筛选保证，只有经历 16 次 Minor GC 还能在新生代中存活的对象，才会被送到老年代。
设置两个 Survivor 区最大的好处就是解决内存碎片化。
我们先假设一下，Survivor 如果只有一个区域会怎样。Minor GC 执行后，Eden 区被清空了，存活的对象放到了 Survivor 区，而之前 Survivor 区中的对象，可能也有一些是需要被清除的。问题来了，这时候我们怎么清除它们？在这种场景下，我们只能标记清除，而我们知道标记清除最大的问题就是内存碎片，在新生代这种经常会消亡的区域，采用标记清除必然会让内存产生严重的碎片化。因为 Survivor 有 2 个区域，所以每次 Minor GC，会将之前 Eden 区和 From 区中的存活对象复制到 To 区域。第二次 Minor GC 时，From 与 To 职责互换，这时候会将 Eden 区和 To 区中的存活对象再复制到 From 区域，以此反复。
这种机制最大的好处就是，整个过程中，永远有一个 Survivor space 是空的，另一个非空的 Survivor space 是无碎片的。那么，Survivor 为什么不分更多块呢？比方说分成三个、四个、五个?显然，如果 Survivor 区再细分下去，每一块的空间就会比较小，容易导致 Survivor 区满，两块 Survivor 区可能是经过权衡之后的最佳方案。
老年代占据着 2/3 的堆内存空间，只有在 Major GC 的时候才会进行清理，每次 GC 都会触发“Stop-The-World”。内存越大，STW 的时间也越长，所以内存也不仅仅是越大就越好。在内存担保机制下，无法安置的对象会直接进到老年代，以下几种情况也会进入老年代。
1）大对象，指需要大量连续内存空间的对象，这部分对象不管是不是“朝生夕死”，都会直接进到老年代。这样做主要是为了避免在 Eden 区及 2 个 Survivor 区之间发生大量的内存复制。
2）长期存活对象，虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。正常情况下对象会不断的在 Survivor 的 From 区与 To 区之间移动，对象在 Survivor 区中每经历一次 Minor GC，年龄就增加 1 岁。当年龄增加到 15 岁时，这时候就会被转移到老年代。当然，这里的 15，JVM 也支持进行特殊设置。
3）动态对象年龄，虚拟机并不重视要求对象年龄必须到 15 岁，才会放入老年区，如果 Survivor 空间中相同年龄所有对象大小的总合大于 Survivor 空间的一半，年龄大于等于该年龄的对象就可以直接进去老年区，无需等你“成年”。
这其实有点类似于负载均衡，轮询是负载均衡的一种，保证每台机器都分得同样的请求。看似很均衡，但每台机的硬件不通，健康状况不同，我们还可以基于每台机接受的请求数，或每台机的响应时间等，来调整我们的负载均衡算法。
参考链接：https://mp.weixin.qq.com/s/RQGImK3-SrvJfs8eYCiv4A
