作者：凯文 @开源Favorer
垃圾回收几乎是JAVA面试必答题，那么你对JVM垃圾回收机制了解有多少呢？小编为此准备了一个JVM垃圾回收系列的专题，如果读者感兴趣，欢迎关注小编。本CHAT是该专题的第一部分，将为你介绍JVM内存的划分、JVM如何确定一个对象是否为垃圾、垃圾回收算法以及著名的STOP THE WORLD问题和三色标记法。
在正式盘点垃圾回收器开始前，先跟着小编回顾一下JVM的内存划分。
（JVM内存结构图）
如上图所示，JVM的内存分为堆、方法区、程序计数器、本地方法栈和虚拟机栈，根据内存块是否线程独占可分为私有内存和非私有内存，其中，私有内存有程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈。
对于堆、虚拟机栈、方法区一般大家应该还比较熟悉，这里小编简单介绍一下程序计数器和本地方法栈。
程序计数器可以视为当前线程执行字节码的行号指示灯，它是控制程序分支、循环、跳转、异常处理、线程恢复等基础功能的基础设施。
本地方法栈和虚拟机栈其实构成类似，只是后者用于处理字节码，前者用于处理本地方法（即Native）。
1、 上面提到了线程私有的内存块，那么非私有的线程块可以是不同进程的线程共享吗？
JVM是属于单进程的，也就是一个程序一个独立的JVM，所以不存在跨进程共享JVM内存的情况。
2、 为何在上面的结构里找不到常量池呢？
准确说是运行时常量池，它是方法区的一部分，是存储字节码中各类字面量和符号的引用。
3、 上面各内存块，在遇到无法再申请到内存时，都会抛出OutOfMemoryError吗？
是的。但栈（虚拟机栈和本地方法栈）还涉及栈深度问题，超过最大深度时抛出StackOverFlowError。
在对象中添加一个计数器，每当有一个地方引用时，计数器就加一；当引用计数器失效时，计数器就减一；当引用计数器值为0时就判定为垃圾。
选定GCROOT对象，通过引用关系向下搜索，能遍历到的即仍可能被调用，不能被引用到处于游离状态的即判定为垃圾。
1、 可以作为GCROOT的对象有哪些？
1）在虚拟机栈（即栈帧中的本地变量表）中引用的对象；2）方法区中静态对象；3）常量池中的引用；4）本地方法栈中JNI引用的对象；4）同步锁持有的对象；5）虚拟机相关的基础对象如类加载器、异常管理对象。
2、JVM为何选用可达性分析而不采用引用计数法？
引用计数法中有一个死穴，对循环依赖没有办法。
默认情况下，垃圾回收都是针对堆内存进行垃圾回收。那么，方法区为什么不进行垃圾回收呢？我们知道，方法区存放的主要是常量和类型，对其是否为垃圾的判定过程比较复杂，相较于其可回收的内存块，就显得“性价比”不足。
首先标记出所有要回收的的对象，标记完成后，统一回收掉所有被标记的对象，当然，反过来也一样，可以标记不回收的对象，标记完成后，统一回收未被标记的对象。
缺点：1、执行效率不稳定，如果堆中包含大量对象，且属于需要回收的，必须进行大量标记和清除，效率会下降比较厉害。2、标记清除后会导致大量不连续的空间，会因为找不到足够的连续空间触发新一次的GC活动。
该算法是对清除法的优化，将内存块分为等大的两块，其中在其中一个半块中完成标记清除后，整体复制到另一个半块后，再完全清理本半块。
原理：将新生代内存进行分配，维持一个干净、连续的区域。例如Appel回收理论推出的Eden、survivor from 、 survivor to 区域。（注：当to区域无法承担一次完整的拷贝，多余的对象将直接送往老年代）
优点：解决了内存连续的碎片化问题。
缺点：在存活率较高的场景下，较多的复制操作会拉低效率。
在标记完成后，将存活对象向内存的一端移动，然后一次性清理掉边界以外的内存区。
缺点：对存活对象进行内存移动，将触发 stop the world。（注：若不移动采用分区链表的方法来存储，将极大压缩程序的吞吐量）
垃圾在回收过程中，我们的用户线程在标记和移动两个环节是需要停止工作的，这个过程我们称之为STOP THE WORLD。为何需要线程停下来的道理是比较容易想见的，标记我们需要基于一个静态的环境着手，如果一直处于动态变化中，那么是找不到某个时点确切的完整视图的；移动就更好理解，因为我们的内存地址发生了调整，必须停下来重新建立关系。
三色标记问题也是一个面试高频问题，其是处理并行标记的一种方法。具体做法是，将对象分为黑白灰三种颜色，白色表示垃圾回收器从未访问过；黑色表示已被垃圾回收器访问过且对象的所有引用也已经访问过；灰色则是前面两种情况的中间状态，即被垃圾回收器访问过，但其引用至少还存在一个没有被访问。
初始情况下，只有GCROOT对象是黑色的，其他的都是白色的对象。随着垃圾回收器的不断扫描，对象一个一个经历由白变灰再变成黑色的过程，遍历完成后，剩下的白色对象即为不可达对象，判定为垃圾，整个过程如下图所示：
（开始状态）
（标记中状态）
（标记完成状态）
善于思考的读者心中可能已经有了疑问，上面的过程两色标记即可，三色标记究竟解决了什么问题呢？这里的优势主要在于通过黑色、灰色两种颜色可以携带部分标记和完全标记两种不同的信息，在标记时可以减少扫描范围，提升标记效率。
前面讲到，三色标记法是解决并发标记问题，那么在并发期间，如果发生了引用关系的变迁，如下图所示，又该怎么处理呢？
（并行标记引用状态变化）
如上图，若原来的第三个对象处于灰色状态时，正下方与其存在引用关系的对象尚处于白色，这时候由于引用关系发生变迁，下方的对象与其不再有关系，转而与前一个黑色对象建立了引用关系，根据三色法的标记原则，黑色节点的引用对象是无需再次标记的，这时候下面的白色对象就会因为保持白色而被当成垃圾回收，从而产生严重的问题。这种现象，我们称之为漏标，漏标问题wilson在90年的就总结出了只有满足下面两个条件才会产生：
1. 至少有一个黑色对象在自己被标记之后指向了这个白色对象
2. 所有的灰色对象在自己引用扫描完成之前删除了对白色对象的引用
为了解决这个问题，人们想到了通过破坏上面条件中的任何一个来避免漏标。
使用增量更新，是破坏第一种情况达成的方法。当黑色对象关联该白色对象的时候，会通过“写屏障”记录该黑色对象， 在重新标记的时候，该黑色对象变为灰色，重新开始修正标记。但是这种方案能够确保垃圾都被清理，缺点就是效率非常低，因为会扫描到整个黑色对象所有引用。
原始快照备份，是破坏第二种情况达成的方法。如果用户线程在灰色对象断开一个白色对象的时候，记录其原始快照，在重新标记的时候，将白色对象变为灰色对象扫描整个链，如果该白色对象没有被其他对象关联，那么此次并不会被清理，而是在下次再进行回收，此次就幸存了。
以上就是本CHAT的相关内容，下一期，凯哥将和你一起盘点JVM垃圾回收器，欢迎继续关注。
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