Java垃圾收集机制详解
乍一看，垃圾收集的作用正如其名称所暗示的那样——查找并删除垃圾。 事实上恰恰相反。 垃圾收集跟踪所有仍在使用的对象，然后将剩余的对象标记为垃圾。 考虑到这一点，让我们深入了解一下这种称为“垃圾收集”的自动内存回收在 JVM 中是如何实现的。
手动管理内存
在介绍现代版本的垃圾收集之前，让我们简单回顾一下手动显式分配和释放内存的日子。 如果忘记释放内存，则内存无法重复使用。 这块内存被占用但没有使用。 这种情况称为内存泄漏。
下面是一个用 C 语言编写的手动内存管理的简单示例：
int send_request() {
size_t n = read_size();
int *elements = malloc(n * sizeof(int));
if(read_elements(n, elements) < n) {
// elements not freed!
return -1;
}
// …
free(elements)
return 0;
}
正如您所看到的，您很容易忘记释放内存。 内存泄漏曾经是一个非常常见的问题。 你只能通过不断修复自己的代码来对抗它们。 因此，需要有一种更优雅的方式来自动释放无用的内存，以减少人为错误的可能性。 这个自动化过程也称为垃圾收集（简称GC）。
智能指针
自动垃圾收集的早期实现是引用计数。 您知道每个对象被引用了多少次，当计数器达到零时，该对象就可以被安全回收。 C++的共享指针是一个非常著名的例子：
int send_request() {
size_t n = read_size();
stared_ptr> elements
= make_shared>();
if(read_elements(n, elements) < n) {
return -1;
}
return 0;
}
我们使用的会记录这个对象被引用的次数。 如果传递计数，计数就会加一；如果超出范围，计数就会减一。 一旦该计数达到 0，底层对应项将被自动删除。 当然，这只是一个例子，因为有读者指出这在现实中不太可能发生，但作为演示已经足够了。
自动内存管理
在上面的C++代码中，我们还必须明确声明我们需要使用内存管理。 那么如果所有对象都使用这个机制呢？ 这实在是太方便了，开发者不需要考虑清理内存的事情。 运行时会自动知道哪些内存不再使用，然后释放它。 换句话说，它会自动回收垃圾。 第一代垃圾收集器于 1959 年在 Lisp 中引入，此后该技术不断发展。
引用计数
我们刚刚用 C++ 共享指针演示的思想可以应用于所有对象。 Perl、PHP等很多语言都使用这种方法。 这可以很容易地用一张图来解释：
绿色云代表程序中仍在使用的对象。 从技术上讲，这有点像正在执行的方法中的局部变量，或者静态变量。 对于不同的编程语言情况可能会有所不同，所以这不是我们关注的重点。
蓝色圆圈代表内存中的对象，您可以看到有多少对象引用它们。 灰色圈出的对象不再被任何人引用。 因此，它们是垃圾对象，可以被垃圾收集器清理掉。
看起来不错，对吧？ 确实如此，但这里有一个重大缺陷。 很容易出现一些孤立的环，其中的对象不在任何域中，但相互引用，因此引用计数不为 0。下面是一个示例：
你看，红色部分实际上是应用程序不再使用的垃圾对象。 由于引用计数的缺陷，会出现内存泄漏。
有几种方法可以解决这个问题，例如使用特殊的“弱”引用，或者使用特殊的算法来回收循环引用。 前面提到的Perl，以及PHP等语言，都使用类似的方法来恢复循环引用，但这超出了本文的范围。 我们将详细介绍 JVM 所采用的方法。
标记为删除
首先，JVM对对象可达性有更清晰的定义。 它不再像之前绿云一样模糊，而是对垃圾收集根对象（Roots）有非常明确和具体的定义：
JVM通过标记-删除算法记录所有可达（存活）对象，同时保证不可达对象的内存可以被重用。 这涉及两个步骤：
JVM中不同的GC算法，例如Mark+Copy、CMS都是该算法的不同实现，但阶段略有不同，概念上仍然对应于上面提到的两个步骤。
这个实现最重要的是不会再有泄漏的对象环：
缺点是需要挂起应用程序线程来完成回收，并且如果引用一直在变化，则无法计数。 这种应用程序暂停以便 JVM 可以进行清理的情况也称为 Stop The World 暂停 (STW)。 触发这种暂停的可能性有很多种，但垃圾收集应该是最常见的一种。
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