一、垃圾收集器判斷對象已死的算法

1.對象已死嗎？

判斷方法有以下兩種：

1.引用計數法

給對象添加一個引用計數器，每當有一個地方引用它時，計數器就加1；當引用失效時，計數器數值就減1；任何時刻計數器為0的對象就是不可能再被使用的。
但是這種方法有個弊端：很難解決對象之間相互循環引用的問題。
2.可達性分析算法

當一個對象到 GC Roots 沒有任何引用鏈相連（用圖論的話來說就是從 GC Roots 到這個對象不可達時），證明這個對象是不可用的。
3.四種引用類型
- 強引用：Object obj = new Object()，這就是強引用。只要強引用還存在，垃圾收集器永遠不會回收掉被引用的對象。
- 軟引用：軟引用用來描述一些還有用但并非必需的對象。對于軟引用關聯的對象，在系統將要發生內存溢出異常之前，將會把這些對象列進回收范圍之中進行第二次回收。如果這次回收還沒有足夠的內存，才會拋出內存溢出異常。使用 SoftRefrence類實現軟引用。
- 弱引用：弱引用也是用來描述非必須對象的，但是強度比軟引用更弱。被弱引用關聯的對象只能生存到下一次垃圾回收之前。垃圾收集器工作時，無論當前內存是否足夠，都會回收掉只被弱引用關聯的對象。使用 WeakRefrence類實現弱引用。
- 虛引用：這是最弱的一種引用關系。對象的生存時間與虛引用完全沒有關系，無法通過虛引用獲得對象實例。虛引用的唯一作用就是在對象被垃圾回收時收到一個系統通知。使用 PhantomRefrence類實現虛引用。

二、垃圾收集算法

1.標記-清除算法（Mark-Sweep）

最基礎的收集算法是“標記-清除算法”。這個算法分為兩個階段：標記和清除。
標記：在標記階段，collector 從 mutator根對象開始進行遍歷，對從 mutator根對象可以訪問到的對象都打上一個標識，一般是在對象的header 中，將其記錄為可達對象。

清除：在清除階段，collector 對堆內存(heap memory)從頭到尾進行線性的遍歷，通過讀取對象的 header 信息,如果發現某個對象沒有標記為可達對象,則就將其回收。標記為可達對象的對象，將重新去掉 header信息的標志位，以準備下次垃圾回收。

但是這種方法有2個不足：
1.效率問題，標記和清除兩個過程效率都不高。
2.空間問題，標記清除之后會產生大量的不連續的內存碎片，空間碎片太多可能會導致以后在程序運行過程中需要分配較大對象時，無法找到足夠的連續內存而不得不提前觸發另一次垃圾回收動作。

標記-清除算法

2.復制算法 (Copying)

復制算法將內存劃分為兩個區間，在任意時間點，所有動態分配的對象都只能分配在其中一個區間（稱為活動區間），而另外一個區間（稱為空閑區間）則是空閑的。

當有效內存空間耗盡時，JVM 將暫停程序運行，開啟復制算法 GC 線程。接下來 GC 線程會將活動區間內的存活對象，全部復制到空閑區間，且嚴格按照內存地址依次排列，與此同時，GC線程將更新存活對象的內存引用地址指向新的內存地址。

而此時，其實空閑區間和活動區間已經進行了交換，垃圾對象已經全部留在了原來的活動區間，也就是現在的空閑區間。事實上，在活動區間轉換為空間區間的同時，垃圾對象已經被一次性全部回收。

優點：每次內存回收都是對整個半區進行內存回收，內存分配時不用考慮內存碎片的問題，只要移動堆頂指針，按照順序分配內存即可，實現簡單，運行高效。

缺點：1.代價是將內存縮小為原來的一半；2.如果對象的存活率很高，我們可以極端一點，假設是100%存活，那么我們需要將所有對象都復制一遍，并將所有引用地址重置一遍。復制這一工作所花費的時間，在對象存活率達到一定程度時，將會變的不可忽視。

復制算法比較適合的場景：對象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我們必須要克服50%內存的浪費。

下面看看復制算法回收前和回收后的內存模型：

回收前：

回收前

回收后：

回收后

由于 1，4 對象不可達，被回收掉，剩下的對象按照順序分配內存。這時右邊的區域變成了活動區間，左邊變成空閑區間，下次垃圾回收將再次調換回來。
3.標記-整理算法 (Mark-Compact)

標記-整理算法與標記-清除算法非常相似，它也是分為兩個階段：標記和整理。

標記：它的第一個階段與標記-清除算法是一模一樣的，均是遍歷 GC Roots，然后將存活的對象標記。

整理：移動所有存活的對象，且按照內存地址次序依次排列，然后將末端內存地址以后的內存全部回收。因此，第二階段才稱為整理階段。

標記-整理算法 GC 前后的圖示與復制算法的圖非常相似，只是沒有了活動區間和空閑區間的區別，而過程又與標記-清除算法非常相似。

回收前

回收前

標記

回收前

標記為 1 表示對象仍然可達。

整理

回收前

可見，1，4 對象被回收了，剩下的存活對象的內存按照順序排列，這點很像復制算法，回收后不存在內存碎片問題，而且避免了內存減半的高額代價。但是處理過程又想標記-清除算法，不僅要標記所有存活對象，還要整理所有存活對象的引用地址。效率也不高，在效率上要低于復制算法。