Java 虚拟机（JVM）的垃圾回收机制（GC）旨在自动管理应用程序申请的内存。当对象不再被使用时，GC会自动释放它们所占据的堆内存，防止内存泄漏。
JVM内存区域：
在了解垃圾回收之前，要知道JVM的以下内存区域：
- 堆（Heap）：这是JVM的主要内存区域，所有的Java对象以及与之关联的数组都在堆内存中分配。
- 方法区（Method Area）/永久代（PermGen）/元空间（Metaspace）：用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量等。
GC工作原理：
垃圾回收主要基于两个基本假设：
- 分代假设：大部分对象很快无用，少部分长期存活。
- 可达性分析：分析对象的引用链，如果从根集合（GC Roots，如线程栈、静态引用等）开始的遍历无法到达某个对象，则认为该对象不可达，可以被回收。
基于这些假设，Java 内存被分为几个代：
- 新生代（Young Generation）：几乎所有新创建的对象首先都是在新生代分配。此区域经常进行GC称为Minor GC。
- 老年代（Old Generation）/永久代：较老的对象（如果它们从新生代存活下来）会被移动到老年代。此区域GC不太频繁，当执行时称为Major GC或Full GC。
GC算法：
GC 使用不同的算法，主要有以下几种：
- 标记-清除（Mark-Sweep）：首先标记所有从GC Roots可达的对象，在完成标记后统一回收所有未被标记的对象。
- 复制（Copying）：把当前内存分为两块，每次只用其中一块。当这一块内存用尽，就复制存活对象到另一块空的内存区，然后整个清理已使用的内存区。
- 标记-整理（Mark-Compact）：用于老年代，标记过程与标记-清除算法相同，但是后续会移动所有存活的对象，让它们在内存中连续排列，然后直接清理边界以外的内存。
- 增量（Incremental）：将垃圾回收划分为多个小部分，分步进行，减少每次垃圾回收的时间，使系统响应更加及时。
垃圾收集器：
不同的垃圾收集器实现了这些算法的不同组合和变种，JVM使用的垃圾收集器包括：
- 串行收集器：简单但在回收时会暂停所有应用线程。
- 并行收集器：多线程进行，适合多CPU环境。
- 并发标记清除（CMS）收集器：减少回收时的停顿，但可能会导致更多的CPU资源消耗。
- G1收集器：将堆内存划分为多个区域，通过逐渐地清理这些区域来避免整个堆的长时间回收停顿。
- ZGC和Shenandoah：最新的实验性收集器，目标是几乎消除所有GC导致的暂停。
垃圾回收是自动进行的，开发者不能明确地触发它。然而，可以通过调用 System.gc() 来建议虚拟机执行垃圾回收，但JVM并不保证立即或者首先执行垃圾收集。
继续讨论垃圾回收，还有一些重点值得注意：
GC Roots包括：
- 在虚拟机栈（局部变量表）中引用的对象。
- 在方法区中类静态属性引用的对象。
- 在方法区中常量引用的对象。
- 在本地方法栈中 JNI（Native 方法）引用的对象。
Java中如何判断对象不可达：
- 主要方式是通过可达性分析，即从一系列的称之为 GC Roots 的对象开始，遍历这些对象的引用，如果一个对象到 GC Roots 没有任何引用链，即认为此对象不可达。
- 另外，Java 还提供了一些方法来判断对象可回收性，例如
finalize()方法，但已被视为过时，因为它的不可预测性和性能问题。
垃圾回收的开销：
- GC的执行通常伴随着停顿时间（Stop-The-World），这是因为Minor GC或Full GC在进行时，需要暂停应用程序的运行，这对实时系统可能会造成问题。
- JVM提供了许多用于配置垃圾收集的参数，这些参数可以帮助调优GC以优化应用程序性能。
实现最佳的垃圾回收策略需要平衡各种因素，包括可用内存、应用程序的停顿时间要求、垃圾生成速率等。开发人员通常需要根据应用程序的具体情况监控和调优GC性能，JVM也提供了许多工具，如jVisualVM、jConsole、GC日志等，以帮助收集GC的性能数据和进行分析。
最后，正确的编程习惯也很重要，比如及时清除不再需要的对象引用、不滥用finalize方法、以及合理使用数据结构等都能减轻GC的负担，从而提升整体的应用性能。
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