一、背景
Java是一种流行的编程语言，可以在不同的操作系统上运行。它具有跨平台、面向对象、自动内存管理等特点，Java程序在运行时需要使用内存来存储数据和程序状态。
Java的自动内存管理机制是由 JVM 中的垃圾收集器来实现的，垃圾收集器会定期扫描堆内存中的对象，检测并清除不再使用的对象，以释放内存资源。
Java的自动内存管理机制带来了许多好处，首先，它可以避免程序员手动管理内存时的错误，例如内存泄漏和悬空指针等问题。其次，它可以提高程序的运行效率，因为程序员不需要频繁地手动分配和释放内存，而是可以将更多时间和精力专注于程序的业务逻辑，最后，它可以提高程序的可靠性和稳定性，因为垃圾收集器可以自动检测和清除不再使用的内存资源，避免内存溢出等问题。
了解和掌握垃圾收集器原理可以帮助提高程序的性能、稳定性和可维护性。
名词解释：
响应速度：响应速度指程序或系统对一个请求的响应有多迅速。比如，用户查询数据响应时间，对响应速度要求很高的系统，较大的停顿时间是不可接受的。
吞吐量：吞吐量关注在一个特定时间段内应用系统的最大工作量，例如每小时批处理系统能完成的任务数量，在吞吐量方面优化的系统，较长的GC停顿时间也是可以接受的，因为高吞吐量应用更关心的是如何尽可能快地完成整个任务，不考虑快速响应用户请求。
GC导致的应用暂停时间影响系统响应速度，GC处理线程的CPU使用率影响系统吞吐量。
二、Java 的内存管理
2.1 JVM（Java虚拟机）内存划分
Java运行时数据区域划分，Java虚拟机在执行Java程序时，将其所管理的内存划分为不同的数据区域，每个区域都有特定的用途和创建销毁的时间。其中，有些区域在虚拟机进程启动时就存在，而有些区域则是随着用户线程的启动和结束而建立和销毁。这些数据区域包括程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈、堆、方法区等，每个区域都有其自身的特点和作用。了解这些数据区域的使用方式和特点，可以更好地理解Java虚拟机的内存管理机制和运行原理。
JVM的内存区域划分可分为：1.堆内存空间、2.Java虚拟机栈区域、3.程序计数器、4.本地方法栈、5.元空间区域、6.直接内存。
- 堆内存空间：JVM中占用内存空间最大的是堆，平常对象的创建大部分都是在堆上分配内存的，是垃圾回收的主要目标和方向。
- 本地方法栈区域：Native Mehod Stack与Java虚拟机栈的作用非常相似，区别是Java虚拟机栈为虚拟机执行Java方法或者为字节码而服务，本地方法栈是为了Java 虚拟机栈得到Native方法。
- Java虚拟机栈区域：负责Java的解释过程、程序的执行过程、入栈和出栈，它是与线程相关的，当启动一个新的线程时，Java程序就会分配一个Java 虚拟机栈提供运行；Java 虚拟机栈从方法入栈到具体字节码执行是一个双层栈结构，可以栈里包含栈。
- 程序计数器：记录线程执行位置，线程私有，因为操作系统不停的调度，无法获取到线程被调度之前的位置，程序计数器提供了这样一个线程执行位置。
- 元空间区域：在原来的老的Java 7之前划分中，永久代用来存放类的元数据信息、静态变量以及常量池等。在现在Java8后类的元信息存储在元空间中，静态变量和常量池等并入堆中，相当于原来的永久代中的数据，被元空间和堆内存给瓜分了。
- 直接内存：使用了Java 的直接内存的API的内存，例如缓冲ByteBuffer，可以控制虚拟机参数调整大小，而本地内存是使用了native函数操作的内存，是不受JVM管理控制。
堆内存空间
JVM回收的主要目标是堆内存，对象主要的创建分配内存在堆上进行，堆可以想象成一个对象池子，对象不停创建放入池子中，而JVM垃圾回收是不停的回收池子中一些被标记为可回收对象的对象，启动回收线程进行打扫战场，当回收对象的速度赶不上程序的创建时，池子就会立马满，当满了之后从而发生溢出，就是常见的OOM。
GC的速度和堆的内存中存活对象的数量有关，与堆内存所有的对象无关，GC的速度和堆内存的大小无关，如一个4GB大小的堆内存和一个16GB的堆内存，只要2个堆内存存活对象都是一样多的时候，GC速度都是基本差不多。每次垃圾回收也不是必须要把垃圾清理干净，重要的是保证不把正在使用的对象给标记清除掉。
2.2 堆内存管理
JVM中占用内存空间最大的是堆内存，平常对象的创建大部分都是在堆上分配内存的，是Java垃圾回收的主要目标和方向、是
Java内存管理机制的核心组成部分，它可以自动管理
Java程序的内存分配和释放，Java垃圾收集器可以自动检测和回收不再使用的内存，以便重新分配给其他需要内存的程序。这种自动内存管理的机制可以提高程序的运行效率和可靠性，防止因内存泄漏等问题导致程序崩溃或性能下降，Java
垃圾收集器使用了不同的垃圾回收算法和垃圾收集器实现，以适应不同的应用场景和需求。Java垃圾收集器的性能特征和优化技术也是
Java程序员需要了解和掌握的重要知识。
因此，了解 Java垃圾回收的背景、原理和实践经验对于编写高效、可靠的 Java程序非常重要。
2.2.1 对象如何被判断为可回收
JVM怎么判断堆内存里面的对象是否可回收的，就是当一个对象没有任何引用指向它了，它就是可回收对象，判断的方式有两种算法，一个是引用计数法，一个是可达性分析法。
可回收对象：
（1）引用计数法
给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，这个计数器值加一，当引用失效断开时，计数器值就减一，在任何时刻时计数器为0的时候，代表这个对象是可以被回收的，没有任何引用使用它了。
引用计数法是有缺点，当对象直接互相依赖引用时，这些对象的计数器都不能为0，都不能被回收。
（2）可达性分析法
它使用tracing（链路追踪）方式寻找存活对象的方法，通过一些列称为“GC Roots”的对象作为初始点，从这些初始点开始向下查找，直到向下查找没有任何链路时，代表这个对象可以被回收，这种算法是目前Java唯一且默认使用来判定可回收的算法。
2.2.2 GC Roots的概念和对象类型
当然，被GC
Roots追溯到的对象不是一定不会被垃圾回收，具体需要看情况，Java
对象与对象引用存在四种引用级别：分别是强引用、软引用、弱引用、虚引用，默认的对象关系是强引用，只有在和GCRoots没有关系时才会被回收；软引用用于维护一些可有可无的对象，当内存足够时不会被回收；弱引用只要发生了垃圾回收就会被清理；虚引用人如其名形同虚设，任何对象都与它无关。
2.2.3 垃圾对象回收算法
当JVM定位到了那些对象可回收时，这个时候是通过三个算法标记清除，分别是标记清除算法、复制算法、标记压缩算法。
（1）标记清除算法
首先标记出所有需要回 收的对象，在标记完成后，统一回收掉所有被标记的对象，但是该算法缺点是执行效率低，当大量对象时需要大量标记和清理动作，而且容易产生内存碎片化，当需要一块连续内存时，会因为碎片化无法分配。
（2）标记压缩算法
标记压缩算法跟清除算法很像，只不过它对内存进行了整理， 让存活对象都向内存空间的一端移动，然后将边界的其它对象全部清理，这样能达到内存碎片化问题，不过它比清除算法多了移步动作。
（3）复制算法
为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低的问题，将存活对象复制到一块空置的空间里，然后将原来的区域全部清理，缺点是需要额外空间存放存活对象。
2.2.4 分代垃圾回收模型概念和原理
堆内存分代模型图
当JVM进行GC（垃圾回收）时，JVM会发起“Stop the world”，所有的业务线程都进行停止，进入SafePoint状态，JVM回收垃圾线程开始进行标记和追溯，如何解决这种停止和如何减少STW的时间呢？
目前主流垃圾收集器采用分代垃圾回收方式，大部分对象的声明周期都比较短，只有少部分的对象才存活的比较长，分代垃圾回收会在逻辑上把堆内存空间分为两部分，一部分为年轻代，一部分为老年代。
（1）年轻代空间
年轻代主要是存放新生成的对象，一般占用堆空间的三分之一空间，因为会频繁创建对象，所以年轻代GC频率是最高的。
分为Eden空间、Survivor1（from）区、Survivor2（to）区，S1和S2总要有一块空间是空的，为了方便年轻代存活对象来回存放，晋升存活对象年龄。
三个区的默认比例是8:1:1，可以通过配置参数调整比例。
年轻代回收发起Minor GC（YongGC），当Eden内存区域被占满之后就发起GC，短暂的STW，基于垃圾收集器。
（2）老年代空间
是堆内存中最大的空间， ，里面的对象都是比较稳定或者老顽固，GC频率不会频繁执行。
老年代对象：
老年代回收发起Major GC / FULL GC，当老年代满时会触发MajorGC，通常至少经历过一次Minor GC，再紧接着进行Major GC， Major GC清理Tenured区，用于回收老年代（CMS才能单独清理）。
FUll GC：清除整个堆空间，一般来说是针对整个新生代、老生代、元空间的全局范围的清理。
不管是Major GC还是 Full GC， STW的耗时都是Ygc的十倍以上，所以说对象能在年轻代被回收是最优的。
Full GC触发条件：
- 老年代空间不足。
- 元空间不足扩容导致。
- 程序代码执行System.gc时可能会执行。
- 当程序创建一个大对象时，Eden区域放不下大对象，老年代内存担保分配，老年代也不足空间时。
- 年轻代存留对象晋升老年代时，老年代空间不足时。
2.2.5 Java对象内存分配过程
对象的分配过程
