刚好前几天一个小伙伴在微信上问阿粉，说是面试一家公司被问到 Java GC 相关的东西，虽然平时也有准备，但是回答起来总是零零散散，感觉没有逻辑。其实阿粉也能理解，现在面试都是一种问答模式，一个随便问问，一个死记硬背，很多时候面试前准备的好好的一到面试的时候可能紧张就给忘了，事后感觉自己表现的不好。
这篇文章给大家举个例子，在遇到一个问题或者知识点的时候要怎么去理解和学习。
Java GC
目标
遇到一个问题或者一个知识点，我们要理解和明白是要解决什么问题的。说到 Java GC 那这个 GC 的目的是什么呢?很显然是回收内存，因为内存是有限的，随着程序中创建的对象越来越多，如果进行回收就会导致内存越来越大，最后程序就会出现异常。既然目的是为了回收内存，那么新的问题来了，哪些对象可以被回收呢?什么时候进行回收呢?怎么回收呢?
哪些对象可以被回收
简单来说就是无用的对象可以被回收，那么换句话说，如果定义一个对象是无用的呢?这里主要有两种方法，一个叫引用计数法，一个叫可达性分析法。
引用计数
引用计数说的是如果一个对象被别的对象进行了一次引用，那么该对象会有一个引用计数器，这个计数器就会加一;如果被释放一下，引用计数器就会减一。当引用计数器的计数为 0 的时候就表示这个对象是无用的，此时就可以对这样对象进行回收了。表面上看好像挺合理的，实现起来也很方便，但是仔细一想就会发现有问题。既循环引用的问题，比如对象 A 引用了对象 B，但是对象 B 当中也引用了对象 A，那么这个时候对象 A 和对象 B 的引用计数器的计数都不会是 0，但是这两个对象都没有被其他对象引用，理论上来说这两个对象都是可以被回收的。
从上面看到，这种方案是有问题的会导致内存泄露。随之而来的就出现了另一种方案，可就是可达性分析。
可达性分析
可达性分析说的是从 GCRoots 的点作为起点，向下搜索，当找不到任何引用链的时候表示该对象为垃圾对象。那么哪些对象可以被认为是 Roots 节点呢?有 Java 栈中的对象，方法区的静态属性和常量以及本地方法栈中的对象。从这几种对象依次向下搜索，如果没有能达到 Roots 节点的对象就是垃圾对象，就说明可以被回收。
如下图所有，对象 A，B，C都能找到与 Roots 节点的联系，但是对象 D，E，F 三个并不能找到与 Roots 节点的联系，也就是不可达，所以 DEF 这三个对象就是垃圾对象。
什么时候回收
上面的两种方案解决了哪些对象能被回收，那么下个问题，就是什么时候进行垃圾回收呢?在排除人为调用的时候，垃圾回收都是发生在为新生对象进行内存分配的时候，这个时候如果内存空间不足就会触发 GC 进行垃圾回收。
怎么回收
上面我们知道了哪些对象可以被回收，也知道我们应该什么时候进行回收，那下面要解决的就是如何进行垃圾回收了。垃圾回收根据实现的方式不同有多种不同的算法实现。比如有标记清除算法，复制算法，标记整理算法，分代回收算法，下面简单介绍一下，想深入了解的可以自行去研究一下。
标记清除算法
标记清除算法很好理解，主要就是执行两个动作，一个是标记，另一个是对进行标记的对象内存进行清除回收。这个算法有个问题就是会出现内存碎片化严重。如下图所示：
从上图中可以看到，在进行内存回收后出现了严重的内存碎片化，这就导致在分配某些大对象的时候仍然会出现内存不够的情况，但是总体内存确是够的。
复制算法
复制算法的实现方式比较简洁明了，就是霸道的把内存分成两部分，在平时使用的时候只用其中的固定一份，在当需要进行 GC 的时候，把存活的对象复制到另一部分中，然后将已经使用的内存全部清理掉。如下图：
从上图可以看到解决了标记清除的内存碎片化问题，但是很明显复制算法有另一个问题，那就是内存的使用率大大下降，能使用的内存只有原来的一半了。
标记整理算法
既然标记清除和复制算法各有优缺点，那自然的我们就想到是否可以把这两种算法结合起来，于是就出现了标记整理算法。标记阶段是标记清除算法一样，先标记出需要回收的部分，不过清除阶段不是直接清除，而是把存活的对象往内存的一端进行移动，然后清除剩下的部分。如下图：
标记整理的算法虽然可以解决上面两个算法的一些问题，但是还是需要先进行标记，然后进行移动，整个效率还是偏低的。
分代回收算法
分代回收算法是目前使用较多的一种算法，这个不是一个新的算法，只是将内存进行的划分，不同区域的内存使用不同的算法。根据对象的存活时间将内存的划分为新生代和老年代，其中新生代包含 Eden 区和 S0，S1。在新生代中使用是复制算法，在进行对象内存分配的时候只会使用 Eden 和 S0 区，当发生 GC 的时候，会将存活的对象复制到 S1 区，然后循环往复进行复制。当某个对象在进行了 15 次GC 后依旧存活，那这个对象就会进入老年代。老年代因为每次回收的对象都会比较少，因此使用的是标记整理算法。
垃圾回收器
讲完了垃圾回收算法，我们再看下垃圾回收器，每一种垃圾回收器都是不同时代的不同产物，都有其独特性。
- Serial 垃圾收集器(单线程、复制算法)
- ParNew垃圾收集器(Serial+多线程)
- Parallel Scavenge 收集器(多线程复制算法、高效)
- SerialOld收集器(单线程标记整理算法)
- ParallelOld收集器(多线程标记整理算法)
- CMS收集器(多线程标记清除算法)
- G1收集器
各个垃圾收集器的配合使用情况可以参考下图，个人觉得对这么多的收集器没有必要全部精通，可以注重关注一下 CMS 和 G1 就可以了。感兴趣的小伙伴可以自己的研究一下。
