1. Java 垃圾回收概述
垃圾回收（Garbage Collection，GC）是 Java 虚拟机自动管理堆内存的机制，负责识别不再使用的对象并释放其占用的内存。
垃圾回收的触发机制如下：
- 内存不足时： 当 JVM 检测到堆内存不足，无法为新的对象分配内存时，会自动触发垃圾回收。
- 手动请求： 虽然垃圾回收是自动的，开发者可以通过调用 System.gc() 或 Runtime.getRuntime().gc() 建议 JVM 进行垃圾回收。不过这只是一个建议，并不能保证立即执行。
- JVM 参数： 启动 Java 应用时可以通过 JVM 参数来调整垃圾回收的行为，比如：-Xmx（最大堆大小）、-Xms（初始堆大小）等。
- 对象数量或内存使用达到阈值： 垃圾收集器内部实现了一些策略，以监控对象的创建和内存使用，达到某个阈值时触发垃圾回收。
2. Java 垃圾回收判断算法
引用计数法
基本原理： 为每个对象分配一个专有的引用计数器，当一个对象被引用后，计数器 +1，引用失效后，计数器 -1，计数器为 0 时，表示对象不再被任何变量引用，可以被回收。
这个算法非常简单易懂，可是它有一个致命的缺点，就是循环引用的问题。
// 一个简单的循环引用例子
class RefObject {
public Object instance = null;
}
public class Main {
public static void main(String[] args) {
RefObject objA = new RefObject();
RefObject objB = new RefObject();
objA.instance = objB;
objB.instance = objA;
objA = null;
objB = null;
}
}
可以看到，当 objA 和 objB 设置为 null 时，正常来说应该被垃圾回收，可是由于 objA 被 objB 引用，objB 被 objA 引用，导致计数器不为 0 无法被回收，这就是循环引用的问题所在。所以大部分情况我们都是使用下面这种算法。
可达性分析算法
基本原理： 通过一系列称为'GC Roots'的根对象作为起始节点，从这些根节点开始，根据引用关系向下搜索，如果某个对象到 GC Roots 间没有任何引用链相连，则证明此对象是不可用的，可以被回收。
它与引用计数法最核心的区别在于：它不关心对象被引用了多少次，只关心能否从根节点触达。
该算法从根本上解决了循环引用的问题。在上面的例子中，虽然 A 和 B 互相引用，但只要它们无法从 GC Roots 到达，就会被判定为垃圾。
话又说回来了，难道可达性分析算法就没用缺点吗？
从原理那我们也不难看出，可达性分析算法的实现相比于引用计数法更加复杂了，同时，为了保证分析结果的准确性，在进行可达性分析时，必须在一个一致性快照中进行。这意味着在分析期间，整个执行系统必须被冻结，不允许对象的引用关系发生变化。这个过程就是著名的 Stop The World（STW），是垃圾收集器产生停顿的主要原因之一。
3. Java 垃圾回收算法
标记 - 清除算法
基本原理： 先标记所有存活对象，再清除未标记对象。
一个简单的实现如下:
// 算法伪代码示意
public class MarkSweep {
void mark(Object obj) {
if (obj != null && !obj.isMarked()) {
obj.setMarked(true);
mark(obj.references);
}
}
void sweep(Heap heap) {
for (Object obj : heap.objects) {
if (!obj.isMarked()) {
heap.free(obj);
} else {
obj.setMarked(false);
}
}
}
}
该算法简单直接，不过效率不高而且会产生内存碎片。
复制算法
基本原理： 内存分成两块，每次申请内存时都使用其中的一块，当内存不够时，将这一块内存中所有存活的复制到另一块上。然后将然后再把已使用的内存整个清理掉。
该算法解决了不会产生内存碎片的问题，可又带来了新的问题：每次申请内存时只能申请一半的内存空间，内存利用率严重不足。
标记 - 整理算法
基本原理： 标记 - 整理算法的'标记'过程与'标记 - 清除算法'的标记过程一致，但标记之后不会直接清理。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掉剩余部分。
该算法既解决了内存碎片问题的产生，也提高内存利用率，不过整理阶段需要移动对象，开销较大。
分代收集算法
基本原理: 分代收集是将内存划分成了新生代和老年代。分配的依据是对象的生存周期，或者说经历过的垃圾回收次数。对象创建时，一般在新生代申请内存，当经历一次 GC 之后如果对还存活，那么对象的年龄 +1。当年龄超过一定值 (默认是 15）后，如果对象还存活，那么该对象会进入老年代。
不同分代使用的回收机制也不用，我们来介绍下这两种内存划分
新生代：
- Eden 区（80%）：新对象分配区
- Survivor 区（20%）：Minor GC 后存活对象存放区
- 使用复制算法，回收频率高，由于新生代对象存活率低，该算法效率较高。
老年代：
- 存放长期存活对象
- 使用标记 - 清除或标记 - 整理算法
4. Java 中常见的垃圾回收器
Serial 收集器
- 垃圾回收算法：复制算法
- 特点：单线程，简单高效
- 工作模式：暂停所有用户线程（STW），进行垃圾回收
JVM 配置示例：
# JVM 参数 -XX:+UseSerialGC
Parallel 收集器
实际上是 Serial 收集器的多线程版本
JVM 配置示例：
# JVM 参数 -XX:+UseParallelGC # 新生代 Parallel Scavenge，老年代 Serial Old
# -XX:+UseParallelOldGC # 新生代 Parallel Scavenge，老年代 Parallel Old
# -XX:+UseParNewGC # 新生代 ParNew，需配合 CMS 使用
# -XX:ParallelGCThreads=n # 设置并行 GC 线程数
适合对延迟不敏感，高吞吐量需求的场景。
并发标记清除回收器 (CMS)
老年代并行收集器，以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，具有高并发、低停顿的特点，追求最短 GC 回收停顿时间。
收集过程：
- 初始标记：STW，标记 GC Roots 直接关联对象
- 并发标记：与应用程序并发，遍历整个对象图
- 重新标记：STW，修正并发标记期间的变动
- 并发清除：与应用程序并发，清理死亡对象
JVM 配置示例：
# JVM 参数 -XX:+UseConcMarkSweepGC
# -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=68 # 老年代使用率触发阈值
# -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection # 开启碎片整理
相应的，CMS 回收器也有部分缺点，如对 CPU 资源敏感，无法处理浮动垃圾（并发时新产生的垃圾），内存碎片问题（标记 - 清除算法）
G1 回收器
这是目前使用率最高的垃圾回收器，它做了一个革命性的设计：不再物理分代，而是逻辑分区的 Region，此外，G1 收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是：G1 回收的范围是整个 Java 堆 (包括新生代，老年代)，而前几种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。
下面是 G1 垃圾回收器的基本流程：
JVM 配置示例：
# JVM 参数 -XX:+UseG1GC
# -XX:MaxGCPauseMillis=200 # 目标最大停顿时间
# -XX:G1HeapRegionSize=n # Region 大小（1M~32M，2 的幂）
