JVM GC的Heap

JVM的一个关键特征是它的GC Heap。Heap保存了Java运行期的所有对象，数组。GC可以动态释放Heap中不再使用的空间。在Java程序里，一个对象可以通过关键字new来创建，“创建”对于JVM来说就是在Heap里分配一块空间保存新对象。GC，也就是Garbage collection，既清除Heap里不再使用的对象。为了清除这些对象，GC必须调用这些对象的Finalizer。另为GC还可以合并Heap中的空间碎片。Heap空间碎片是由于不断分配和释放造成的。如果不合并这些碎片，即使有足够的空间，由于没有足够大的连续空间而不得不扩大Heap空间，扩大空间会降低运行性能。

GC算法

目前已经实现了很多GC算法，处理Sun之外，IBM，Symantec，Microsoft，HP，以及各种开源组织都投入到这项研究。那他们竞争的关键就在于GC的Heap。任何一个GC算法都必须做两件事，一，它必须能找到所有的垃圾对象，也就是不再使用的对象，二，它必须可以回收垃圾对象空间。

通常，搜索垃圾的工作，首先建立一组类似于树的结构，树根为root，节点则叫做对象引用。任何一个对象如果在各种结构里能找到它的引用，则成为该对象可使用（reachable）或称对象状态是活动的（live），而任何没有在结构里找到引用的对象则称为垃圾。在JVM里，所有的对象都保存在Heap里，本地变量则保存在Java Stack里，每个线程都有自己的Stack。每个本地变量或是对象引用，或是基本数据类型，例如int, char或float。因此，线程里保存的只是对象的引用，而对象的实例都保存在Heap中。当一个线程结束，线程里对象引用将被删除，那么这些对象就有可能成为Heap中的垃圾。（“有可能”是因为对象有可能在其他线程中被引用。）

区别可使用对象和垃圾对象有两种方法，他们是引用计数和遍历搜索。引用计数就是在Heap中记录各个对象的引用数。遍历搜索是在树结构里搜索对象引用，并在Heap里标记被引用的对象，遍历后，那些没有标记的对象则是垃圾。

引用计数器

引用计数器保存在对象里，当一个对象被创建时，计数器为1。当其他对象引用这个对象时，该对象的引用计数器加1。当对这个对象的引用结束时，计数器减1。引用计数器为0时，则被看作是垃圾。该算法的缺点是没有遍历功能。该算法已经过时，现在的JVM都采用第二种方法遍历搜索法。

遍历搜索器

搜索器从树结构的根节点开始遍历，寻找对象引用，并把被引用的对象做标记（Mark）。遍历之后，未作标记的对象被视为垃圾，可被GC回收（Sweep）。

碎片整理器

Heap碎片整理（Compacting collector）有两个步骤，整理和拷贝。这两步用来移动Heap中的对象从而减少碎片。既然好移动对象的位置，当要也要更新对象的引用，但是更新对象引用是会降低VM的性能，因此建立一个对象句柄表，对象引用指向对象句柄，当对象移动时，更新对象的句柄，而不用改变对象引用的值。拷贝步骤就是将Heap的对象移动到新的位置。为了提高拷贝的性能，VM被分为两个区，VM在内只能使用两个中的一个。当使用中的区没有空间后，将所有的对象从该空间拷贝到另一个空间，并继续在另一个空间工作，直到另一个空间满了为止，再把所有对象拷贝回原来的空间。该方法的代价就是需要花费2倍的空间。