眾所周知，在Java中內(nèi)存的分配和回收都是由java虛擬機（JVM）操作的，我們并不需要像C/C++那樣需要手動分配和釋放內(nèi)存，也正是因為有了JVM，才能使跨平臺成為了可能。說道垃圾回收，我們先要知道在java中內(nèi)存有哪些部分和作用。

一、java內(nèi)存組成

在JVM中，內(nèi)存主要分為一下幾個部分：程序計數(shù)器（PC）、方法棧、本地方法棧、堆、方法區(qū)

1、程序計數(shù)器：

操作系統(tǒng)在線程切換和恢復的時候，必須要記錄任務執(zhí)行的位置，這樣，當任務恢復的時候，才知道該從哪里繼續(xù)執(zhí)行，程序計數(shù)器就是記錄程序執(zhí)行的位置的，可以簡單理解成字節(jié)碼的行號指示器。
因為每個線程都是獨立執(zhí)行的，所以每個線程都有一個程序計數(shù)器，意味著，程序計數(shù)器是線程私有的。
對于java方法來說，程序計數(shù)器記錄的是字節(jié)碼的指令地址，對于native方法來說，它的值為空。
程序計數(shù)器是唯一一個不會發(fā)生OOM（out of memory）的地方。

2、方法棧

方法棧也叫作虛擬機棧，對每個即將執(zhí)行的方法，都會為其創(chuàng)建一個棧幀，對于java方法從開始執(zhí)行，到執(zhí)行結束，就是一個入棧到出棧的過程。
方法棧包含局部變量表，操作數(shù)棧，方法退出地址等。
方法棧是線程私有的。
當內(nèi)存不夠創(chuàng)建新的棧幀的時候，會拋出OutOfMemoryError；當方法棧調(diào)用深度超過棧的最大深度時，就會出現(xiàn)StackOverflowError，可以使用-Xss設置棧的大小。

3、本地方法棧

本地方法棧和方法棧很類似，但是只是執(zhí)行native方法時才會使用，JVM規(guī)范并沒有對本地方法棧的實現(xiàn)有強制性要求，所以會根據(jù)每個JVM的不同有不同的實現(xiàn)。本地方法棧也是線程私有的，同樣會拋出OutOfMemoryError和StackOverflowError。

4、方法區(qū)

JVM在java類在加載后，會將class文件代表的靜態(tài)存儲結構轉(zhuǎn)換為方法區(qū)的可運行結構，并將該結構存儲在方法區(qū)中。主要存儲的是類信息，常量池，類變量和JIT編譯后的數(shù)據(jù)。常量池主要包括字面量和符號引用。字面量比較接近java中常量的概念，比如字符串，final修飾的數(shù)據(jù)等，而符號引用只要是類和接口的全限定名，字段的名稱和描述符，方法的名稱和描述符。
方法區(qū)中的數(shù)據(jù)是共享的，對所有線程可見。
常量池在運行時也可以改變，比如調(diào)用字符串的intern()方法。
當內(nèi)存不夠分配新的常量空間的時候，也會拋出OutOfMemoryError。

5、堆

堆主要用來存儲新對象和數(shù)組，前面４部分的內(nèi)存都是由JVM進行管理和控制，對于開發(fā)人員來說，堆是可操作性最高的部分，當創(chuàng)建新的對象時，JVM會根據(jù)類信息在堆中分配一塊內(nèi)存給新的對象，當內(nèi)存不夠時，也會拋出OutOfMemoryError，同時，這部分區(qū)域也是垃圾收集器重要的收集對象。

二、垃圾收集算法

分配內(nèi)存很好理解，只要在需要分配內(nèi)存的地方申請相應的地址空間就可以，但是，內(nèi)存回收就沒這么簡單了，需要在程序運行過程中判斷對象是否還有用，對于沒有用的對象，需要對其占用的空間進行回收。這里我們簡單介紹下各種垃圾回收算法及其優(yōu)劣。

1、引用計數(shù)法

引用計數(shù)法就是記錄對象的引用，用來判斷對象是否還有用。對于一個對象，當有別的地方訪問它時，引用計數(shù)器數(shù)值＋１，當不再引用它時，計數(shù)器－１，當對象的引用計數(shù)器數(shù)值為０的時候，說明該對象不再被使用，可以被回收。引用計數(shù)法實現(xiàn)很簡單，只需要對每個對象增加一個計數(shù)器即可，但是，對于對象間的循環(huán)引用就無能為力了。

2、標記清除算法

為了解決對象間循環(huán)引用的問題，有了標記－清除算法，就像它的名字一樣，等需要開始垃圾回收的時候，從GC Root開始，GC線程會把引用不到的對象標記出來（循環(huán)引用的對象自然就會被標記出來了），然后就把標記過的對象清除，這樣就可以釋放無用對象所占用的內(nèi)存了。但是，這里面有一個很嚴重問題－內(nèi)存碎片化嚴重，這樣會嚴重影響內(nèi)存的利用率。
舉個栗子，現(xiàn)在創(chuàng)建一個需要100MB內(nèi)存的對象，但是內(nèi)存只剩20MB，不夠，所以觸發(fā)了GC并且清理了120個對象騰出100MB的內(nèi)存，按說現(xiàn)在120MB的內(nèi)存已經(jīng)夠了，但多數(shù)情況下還是會拋出OOM異常，因為這些對象不是連續(xù)存儲的，所以清理出來的內(nèi)存也不是連續(xù)的，由于不存在連續(xù)的100MB的內(nèi)存，所以會拋異常。

3、復制算法

復制算法為了解決標記清除算法內(nèi)存碎片化的問題。復制算法主要工作流程為：
將內(nèi)存按照一定比例分為兩部分（通常為五五分），對象在只其中的一部分創(chuàng)建
在觸發(fā)GC后，從GC Root開始將能夠引用到的對象（有效對象）依次復制到另外一部分
完成所有有效對象的復制后，清除這部分內(nèi)存
下次GC又從另外一部分內(nèi)存復制到當前部分內(nèi)存，清除另一部分內(nèi)存

這樣，內(nèi)存碎片化的問題就解決了，但是，你會發(fā)現(xiàn)，同一時間其實只有一部分內(nèi)存在使用，另外一部分都是在空閑的，這樣導致內(nèi)存利用率很低（五五分情況下內(nèi)存利用率最多到50%）

4、標記整理算法

標記整理算法是為了解決標記清除算法內(nèi)存碎片化和復制算法內(nèi)存利用率低的問題，它其實也是這兩種算法的結合。工作流程如下：
觸發(fā)GC后，從GC Root開始將有效對象標記出來
將有效對象依次移動到可用內(nèi)存開始處
將剩余部分內(nèi)存清

目前看來，標記整理算法解決了前面幾種方法的弊端，也沒有引入比較嚴重的新的問題，那么是不是就沒有任何問題，成為垃圾收集的銀彈了呢？答案是：當然不是。原因在于，前面所說的垃圾回收的過程中，除了GC線程外，jvm會停止所有java程序的運行，在jvm領域也稱為stop the world，這樣做的好處和壞處都顯而易見，好處就是減少了GC的復雜性，壞處就是java應用都被暫時停止，直到GC結束。在GC算法發(fā)展的過程中，細心的人會發(fā)現(xiàn)，有些對象的生存周期很長，甚至和整個應用的生命周期相同，比如方法區(qū)中的類的字節(jié)碼所對應的結構，以及堆中代表類的Class對象；有的對象生命周期很短，比如方法中申明的變量所引用的對象，在方法結束后即失效。這種根據(jù)生命周期長短劃分對象，接近應用的生命周期的叫做永久代，生命周期長的叫做老年代，生命周期短的叫做新生代。

5、分代算法

其實分代算法不是一個具體的垃圾回收算法，它只是根據(jù)對象生命周期的長短，選擇不同的回收算法。比如說，復制算法，如果大多數(shù)都是新生代對象，每次復制的對象會很少，那么效率就會比較高；相反，如果大多數(shù)對象屬于老年代或者永久代，那么每次需要復制的對象就會特別多，效率就會很低。比如標記復制或者標記整理算法，如果是老年代居多，那么每次需要復制或者整理的對象就比較少，相反，如果是新生代居多，需要復制或者整理的內(nèi)存就會很多，效率自然就低很多。
所以分代算法主要就是根據(jù)生命周期的長短選擇合適的算法。一般來說，新生代居多合適用復制算法，老年代適合標記復制算法，永久代適合標記整理算法。
所以說在實際應用過程中，應該根據(jù)應用的特點選擇合適的垃圾收集算法。