一、垃圾收集器判断对象已死的算法

1.对象已死吗？

判断方法有以下两种：

1.引用计数法

给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器就加1；当引用失效时，计数器数值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。
但是这种方法有个弊端：很难解决对象之间相互循环引用的问题。
2.可达性分析算法

当一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连（用图论的话来说就是从 GC Roots 到这个对象不可达时），证明这个对象是不可用的。
3.四种引用类型
- 强引用：Object obj = new Object()，这就是强引用。只要强引用还存在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。
- 软引用：软引用用来描述一些还有用但并非必需的对象。对于软引用关联的对象，在系统将要发生内存溢出异常之前，将会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收。如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。使用 SoftRefrence类实现软引用。
- 弱引用：弱引用也是用来描述非必须对象的，但是强度比软引用更弱。被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾回收之前。垃圾收集器工作时，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。使用 WeakRefrence类实现弱引用。
- 虚引用：这是最弱的一种引用关系。对象的生存时间与虚引用完全没有关系，无法通过虚引用获得对象实例。虚引用的唯一作用就是在对象被垃圾回收时收到一个系统通知。使用 PhantomRefrence类实现虚引用。

二、垃圾收集算法

1.标记-清除算法（Mark-Sweep）

最基础的收集算法是“标记-清除算法”。这个算法分为两个阶段：标记和清除。
标记：在标记阶段，collector 从 mutator根对象开始进行遍历，对从 mutator根对象可以访问到的对象都打上一个标识，一般是在对象的header 中，将其记录为可达对象。

清除：在清除阶段，collector 对堆内存(heap memory)从头到尾进行线性的遍历，通过读取对象的 header 信息,如果发现某个对象没有标记为可达对象,则就将其回收。标记为可达对象的对象，将重新去掉 header信息的标志位，以准备下次垃圾回收。

但是这种方法有2个不足：
1.效率问题，标记和清除两个过程效率都不高。
2.空间问题，标记清除之后会产生大量的不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾回收动作。

标记-清除算法

2.复制算法 (Copying)

复制算法将内存划分为两个区间，在任意时间点，所有动态分配的对象都只能分配在其中一个区间（称为活动区间），而另外一个区间（称为空闲区间）则是空闲的。

当有效内存空间耗尽时，JVM 将暂停程序运行，开启复制算法 GC 线程。接下来 GC 线程会将活动区间内的存活对象，全部复制到空闲区间，且严格按照内存地址依次排列，与此同时，GC线程将更新存活对象的内存引用地址指向新的内存地址。

而此时，其实空闲区间和活动区间已经进行了交换，垃圾对象已经全部留在了原来的活动区间，也就是现在的空闲区间。事实上，在活动区间转换为空间区间的同时，垃圾对象已经被一次性全部回收。

优点：每次内存回收都是对整个半区进行内存回收，内存分配时不用考虑内存碎片的问题，只要移动堆顶指针，按照顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。

缺点：1.代价是将内存缩小为原来的一半；2.如果对象的存活率很高，我们可以极端一点，假设是100%存活，那么我们需要将所有对象都复制一遍，并将所有引用地址重置一遍。复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变的不可忽视。

复制算法比较适合的场景：对象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我们必须要克服50%内存的浪费。

下面看看复制算法回收前和回收后的内存模型：

回收前：

回收前

回收后：

回收后

由于 1，4 对象不可达，被回收掉，剩下的对象按照顺序分配内存。这时右边的区域变成了活动区间，左边变成空闲区间，下次垃圾回收将再次调换回来。
3.标记-整理算法 (Mark-Compact)

标记-整理算法与标记-清除算法非常相似，它也是分为两个阶段：标记和整理。

标记：它的第一个阶段与标记-清除算法是一模一样的，均是遍历 GC Roots，然后将存活的对象标记。

整理：移动所有存活的对象，且按照内存地址次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收。因此，第二阶段才称为整理阶段。

标记-整理算法 GC 前后的图示与复制算法的图非常相似，只是没有了活动区间和空闲区间的区别，而过程又与标记-清除算法非常相似。

回收前

回收前

标记

回收前

标记为 1 表示对象仍然可达。

整理

回收前

可见，1，4 对象被回收了，剩下的存活对象的内存按照顺序排列，这点很像复制算法，回收后不存在内存碎片问题，而且避免了内存减半的高额代价。但是处理过程又想标记-清除算法，不仅要标记所有存活对象，还要整理所有存活对象的引用地址。效率也不高，在效率上要低于复制算法。