讲讲JVM的垃圾回收机制

垃圾回收是指JVM对内存中已经死亡的，不再使用的对象进行清除或回收。

常见的垃圾回收算法有标记-复制，标记-整理，标记-清除，分代收集算法等

一般的垃圾回收。过程是先使用可达性分析算法得出内存中哪些对象是不可达的，然后对存活对象进行标记，清除不可达对象，然后进行内存的压缩/整理。

如何判断对象是否存活？

可达性分析算法，通过一组名为GC root的根对象进行递归扫描，无法从根对象到达的对象就是垃圾。G1，GMS等主流垃圾回收器的算法。

什么是引用计数法？

每个对象都有一个引用计数器，代表有多少个引用指向它，当引用计数器为0时，可以回收。

引用计数器无法解决循环引用的问题，比如两个对象相互引用，但是没有别的对象指向他们，引用计数器也不为0，所以无法被回收。

做可达性分析前应该有哪些前置操作？

STW，Stop the World，会让所有线程在其安全点暂停，这样做是为了保证引用关系不会在垃圾回收的过程中被更改，从而导致内存错误和数据丢失

Java中可作为GC Roots的引用有哪几种

GC Roots必须是一组活跃的引用，他们是所有引用链的源头，常见的GC Roots有以下几种：

• 虚拟机栈中的引用（引用类型的方法参数、局部变量）
• 本地方法的JNI引用
• 类静态final变量
• 运行时常量池中的常量引用（String，Class）

说说虚拟机栈中的引用？
如果方法内部创建了一个引用类型的局部变量，指向一个对象，那么这个局部变量就是GC Root，其指向的对象可以从GC Root达到，方法结束后，局部变量的作用域结束，其之前指向的对象如果没有其他引用指向，就会被回收

说说本地方法栈中的JNI引用？
JNI引用就是Java本地方法中定义的指向Java对象的引用，它在本地方法执行期间保持 Java 对象活跃，可以被认为是 GC Roots。
一旦本地方法执行完毕，如果JNI引用不是全局的，那它之前指向的Java对象就会被回收（如果没有其他引用指向它）

说说类静态final变量？
静态变量属于类，定义在类中，其可以作为GC Root，其生命周期和类的生命周期一致，只要其所属的类不被垃圾回收（卸载），其就永远作为GC Root活跃，其指向的对象也永远可达。但如果其所属的类被垃圾回收（卸载），那么其生命周期也就结束，其指向的对象如果没有其他引用指向它，也会被垃圾回收。

说说运行时常量池中的常量引用？

class ConstantPoolReference {public static final String CONSTANT_STRING = "Hello, World"; // 常量，存在于运行时常量池中public static final Class<?> CONSTANT_CLASS = Object.class; // 类类型常量public static void main(String[] args) {System.out.println(CONSTANT_STRING);System.out.println(CONSTANT_CLASS.getName());}
}

运行时常量池中的常量引用有很多，比如字符串常量引用，类的直接引用（指向Class对象），static final修饰的常量的引用，这些都是GC Root。
以上代码中CONSTANT_STRING是一个常量（因为被static final修饰，而不是因为Hello World这个字符串对象本身在常量池中的常量引用），所以会被存在运行时常量池中，运行时常量池中的引用都是GC Root，所以其是一个GC Root。

CONSTAN_CLASS也是一个常量（因为被static final修饰，而不是因为Object这个class对象本身在常量池中的直接引用），所以会被存在运行时常量池中，运行时常量池中的引用都是GC Root，所以其是一个GC Root。

ConstantPoolReference类的运行时常量池:
├── CONSTANT_STRING常量引用 → "Hello, World"对象 (GC Root)
├── CONSTANT_CLASS常量引用 → Object.class对象 (GC Root)  
├── "Hello, World"字符串字面量引用 → "Hello, World"对象 (GC Root)
├── Object.class直接引用 → Object.class对象 (GC Root)
└── ...

注意：同一个对象被多个GC Root保护

这些常量引用的对象（字符串"Hello, World"和 Object.class 类对象）在常量池中，就算包含这些常量的 ConstantPoolReference 类未被卸载，这些对象也不会被垃圾回收。 

finalize了解吗？

如果对象重写了finalize方法，并且JVM判断其不可达，则会进行第一次GC，放入finalization队列，并异步执行finalize方法（finalize方法中可以使对象重新变为可达）。第二次GC会真正回收对象（如果复活则不会回收，但是下次不会再执行finalize方法）

说说分代收集算法？

新生代中采用标记-复制算法，老年代中采用的是标记-整理算法

为什么要使用分代收集算法？
因为新生代中的对象生命周期短，存活下来的也就少了，使用标记-复制算法的成本较低。老年代中存活对象数量多，使用标记-整理算法减少对象移动的开销。

标记-复制算法过程中会不会停顿？
会STW。
标记过程会停顿是为了避免对象的引用关系在标记过程中不被修改。
复制过程中会停顿是为了避免对象的内容在复制过程中被修改。

什么是Mixed GC和Full GC？

Mixed GC 是 G1 垃圾收集器特有的一种 GC 类型，它在一次 GC 中同时清理年轻代和部分老年代。

Full GC 是最彻底的垃圾收集，涉及整个 Java 堆和方法区。它是最耗时的 GC，通常在 JVM 压力很大时发生。

什么时候触发Minor GC？

当Eden区空间不足时

什么时候触发Full GC？

进行Minor GC的时候，如果JVM发现老年代没有足够的空间存放本次从新生代晋升的对象的总大小，并且老年代的最大可用的连续内存空间大小 < 历次Minor GC中从新生代进入老年代的对象大小之和的平均值（空间分配担保），说明本次 Young GC 后升入老年代的对象大小，可能超过了老年代当前可用的内存空间，就会触发 Full GC。

System.gc()、jmap -dump 等命令会触发 full gc。

知道哪些垃圾收集器？

垃圾收集器可以分为分代收集器和分区收集器。分代收集器的代表是CMS，分区收集器的代表是G1和ZGC。分代收集器就是将堆内存划分为多个大小相等的区域，根据各区域的垃圾回收价值动态选择回收策略，每个Region可以是Eden、Survivor、Old或Humongous

说说Serial垃圾收集器？ 

Serial是最基础的单线程垃圾收集器，进行垃圾收集时必须暂停其它所有线程的执行，仅剩一条垃圾回收线程执行（STW）

说说ParNew垃圾收集器？

是Serial的多线程版本，使用多条线程进行垃圾收集

说说Parallel Scavenge垃圾收集器？

是一款新生代收集器，基于标记-复制算法实现，类似于ParNew，也能并行收集，但主要关注的是垃圾收集的吞吐量，通过自动调整Eden和Survivor的大小和比例，以及晋升阈值，最大化应用程序运行时间的占比。

说说Serial Old垃圾回收器？

是一款老年代垃圾回收器，同样是单线程的，采用标记-整理算法

说说Parallel Old收集器？

Parallel Scavenge的老年代版本，是多线程的，基于标记-整理算法

说说CMS垃圾收集器？

低延迟的老年代垃圾处理器，采用标记-清除算法，分为初始标记、并发标记、重新标记、并发清理四个过程，垃圾回收线程可以和用户线程并行运行，停顿时间短，但是容易产生内存碎片。

1. 初始标记：标记所有从GC Roots直接可达的对象为灰色，需要STW但是很快
2. 并发标记：从初始标记的对象出发，遍历所有对象，标记所有灰色对象引用的对象为灰色，并将原来的所有灰色对象自身标记为黑色，是并发执行的
3. 重新标记：完成剩余的标记工作，包括处理并发阶段留下来的少量变动，需要短暂的STW
   1. 处理写屏障记录的引用变化：在并发标记阶段，应用程序可能会更新对象的引用（比如一个黑色对象新引用了一个白色对象），这些变化会通过写屏障记录下来
   2. 循环扫描灰色对象：循环遍历灰色对象，将灰色对象设为黑色，再将所有可达的白色对象设为灰色，循环执行，确保引用的对象最终都被正确的标记为黑色
   3. 清理：确保所有引用关系正确处理后，灰色对象标记为黑色，不可达的白色对象保持不变。这一步完成后，所有存活对象都应当是黑色的。
4. 并发清理：并发清理所有不可达的对象

三色标记法用于标记对象的存活状态，它将对象分为三类：

1. 白色（White）：尚未访问的对象。垃圾回收结束后，仍然为白色的对象会被认为是不可达的对象，可以回收。
2. 灰色（Gray）：已经访问到但未标记完其引用的对象。灰色对象是需要进一步处理的。
3. 黑色（Black）：已经访问到并且其所有引用对象都已经标记过。黑色对象是完全处理过的，不需要再处理。

说说G1垃圾收集器？ 

属于分区收集器，将堆划为为多个相同大小的Region，面向大内存、高吞吐场景，采用标记-整理算法，避免了内存碎片，优点是停顿时间可控，适合大堆场景，但是调优困难

老年代占用率达到阈值时，Mixed GC回收过程：
并发标记：G1垃圾收集器以并发标记的方式标出老年代中的存活对象

混合收集：并发标记完成后，G1会计算出哪些区域回收价值最高（包含最多垃圾），然后优先回收这些区域，提高回收效率和减少停顿时间，

可预测的停顿：用户可以设置自己预期的停顿时间，G1会尽量在这个时间内完成垃圾回收 

说说ZGC垃圾收集器？

超低延迟不固定分区大小的垃圾回收器，通过并发标记和重定位来避免大部分STW操作，主要通过指针染色来管理对象状态。

• 并发标记对象的可达性：通过对指针上增加标记位判断对象的存活状态
• 重定位状态：对象被移动时，通过指针染色来更新对象的引用 

CMS vs G1

特性	CMS	G1
设计目标	低停顿时间	可预测的停顿时间，优先回收机制
并发性	是	是
内存碎片	是，容易产生碎片	否，通过区域划分和压缩减少碎片
收集代数	老年代	整个堆，但区分年轻代和老年代
并发阶段	并发标记、并发清理	并发标记、并发清理、并发回收（移动）
停顿时间预测	较难预测	可配置停顿时间目标

CMS 适用于对延迟敏感的应用场景，主要目标是减少停顿时间，但容易产生内存碎片。

G1 则提供了更好的停顿时间预测和内存压缩能力，适用于大内存和多核处理器环境。