Java中的垃圾
Java中"垃圾"通常指的是不再被程序使用和引用的对象，具体表现在没有被栈、JNI指针和永久代对象所引用的对象。Java作为一种面向对象的编程语言，它使用自动内存管理机制，其中垃圾收集器负责检测和回收不再被程序引用的对象，以释放它们占用的内存空间。以下是一些导致对象成为垃圾的常见情况：
无引用对象： 当一个对象没有任何引用指向它时，它就变得不可达，成为垃圾，Java的垃圾收集器会识别这样的对象，并将它们回收。
引用循环： 如果一组对象彼此引用形成一个循环，而这个循环与程序的其他部分没有引用相连，那么这个循环中的对象就会成为垃圾。Java的垃圾收集器通过识别引用循环并处理它们来防止内存泄漏。
显式置空引用： 如果程序员显式地将一个引用置空（null），而没有其他引用指向相同的对象，那么该对象就变成了垃圾。
垃圾收集器周期性地运行，并识别和回收这些垃圾对象，释放其内存中对应的区域以确保内存能够得到有效利用，这种自动的内存管理机制就叫做垃圾回收。
如何寻找垃圾？
引用计数（Reference Count）
引用计数算法是一种垃圾标记，其核心思想是通过维护对象的引用计数来判断对象是否可以被回收。每个对象都有一个关联的引用计数，表示当前有多少个指针引用它。当引用计数为零时，意味着没有指针再引用该对象，因此可以安全地回收该对象的内存。
其实引用计数算法的核心思想就是，只要有对象引用我，那么就说明我是有用的，我还不需要被回收，反正，我就是没有用的对象，那么我和我的子对象都应该被回收掉。这里我们说的对象都是堆上的对象，一般是堆上的内存空间需要程序员手动回收，而栈上的内存空间则由操作系统自行回收。由于栈上的对象是操作系统自行管理和回收的，因此栈上的对象以及一些静态对象始终都是出于存活的状态，因此，堆中存活的对象至少会有一个引用（指针）指向它。
但是这样会存在着一个问题，就是对象中的引用关系形成了环状——循环引用，这种情况下环内所有对象的引用都是>1的，这样一来环内的所有都无法被回收从而造成“内存泄漏”。这是引用算法最主要的局限性，也是为什么JVM不采用循环计数的方法来标记垃圾的原因。
根可达算法（Root Search）
由于引用计数算法无法解决“循环引用”的问题，无可避免的会造成内存泄露，因此，Java没有采用引用计数算法来寻找垃圾。而是采用了一种从GC Roots开始搜索存活对象的垃圾标记算法——根可达算法。
哪些是GC Root？
- 线程栈 (Thread Stacks) ：活动线程的栈帧中的本地变量引用的对象。每个线程都有一个栈，栈中的引用对象是潜在的存活对象。
- 静态变量 (Static Variables) ：类的静态成员变量引用的对象。静态变量随着类的加载而初始化，它们的引用可能使对象保持存活。
- 常量池 (Constant Pool) ：常量池中的引用，包括字符串常量等。这些常量在类加载时被创建，它们的引用也可能使对象保持存活。
- JNI 引用 (JNI References) ：通过 JNI 在本地代码中创建的对象引用。如果 Java 代码通过 JNI 调用了本地方法，并在本地方法中创建了对象，这些对象的引用也是 GC Roots。
- 监控与管理 MBeans (JMX) ：活动的监控、管理 MBeans 等通过 JMX 等管理工具注册的对象。这些对象的引用也被视为 GC Roots。
线程栈 (Thread Stacks)
在Java中，当程序运行的时候线程会将一个个方法放到栈上来执行，并且对于方法局部的一些小的对象和变量也会被分配在栈空间上，而栈空间是由操作系统本身来控制什么时候进行释放和分配的。因此，基于这个逻辑我们可以认为对于当前线程来说，存在于栈空间上的变量都是存活的，而且栈空间一般比较小只有几MB的大小，里面存活的变量和对象都是有限的作为GC Roots来说搜索起来也是非常高效的。
静态变量 (Static Variables)
在Java中静态变量一般是随着类加载的时候被创建和初始化的，和Java字节码一样，静态变量也会被加载到元空间（Meta Space，Java 8之前叫做方法区（Method Area）或叫做永久代（Permanent Generation），Java 8之后叫做元空间）。
元空间的对象是不会轻易被释放的，而静态变量会随着整个类被释放的时候才会被释放，因此静态变量可以作为GC Root来寻找垃圾。
常量池 (Constant Pool)
常量池（Constant Pool）是Java中一种存放常量的数据结构，用于存储编译期生成的字面量和符号引用。常量池属于元空间（Meta Space，Java 8之前叫做方法区（Method Area）或叫做永久代（Permanent Generation），Java 8之后叫做元空间），具体说是类加载后存放在元空间的一部分内存。
在Java程序的编译阶段，常量池会保存各种字面量和符号引用，包括字符串、类和接口的全限定名、字段和方法的名称和描述符等，这些信息在编译后会被存放在class文件的常量池中，在运行期间这些常量池依旧会存在并且Java根据常量池来映射参数。
所以，处于常量池中的变量也可以作为GC Roots来寻找垃圾
JNI 引用 (JNI References)
JNI（Java Native Interface）引用是指在Java程序中通过JNI创建的与本地代码（C++代码，调用平台相关函数）相互调用的引用。JNI引用包括本地引用（Local Reference）、全局引用（Global Reference）和弱全局引用（Weak Global Reference）。
本地引用（Local Reference）： 本地引用是一种短期的引用，用于限定其生命周期。当Java方法调用本地方法时，本地引用会被创建，但在本地方法返回后，这些引用将被自动释放。本地引用不能作为GC Roots。
全局引用（Global Reference）： 全局引用是一种长期有效的引用，可以在整个程序的生命周期内使用。全局引用可以防止被引用对象被垃圾回收，因此它可以作为GC Roots。
弱全局引用（Weak Global Reference）： 弱全局引用也是一种全局引用，但它对被引用对象的生命周期没有强制影响。如果一个对象只被弱全局引用引用，那么它在垃圾回收时可能被回收。弱全局引用不能作为GC Roots。
JNI引用之所以能作为GC Roots，是因为它们可以在本地方法（C++方法，调用平台相关函数）中持有Java对象的引用，防止这些对象在本地方法执行期间被垃圾回收。全局引用在整个程序的生命周期内有效，因此它们有可能成为根引用，即GC Roots。
根可达算法原理
知道了什么是GC Roots那么根可达算法理解起来就相对来说会简单一些。GC Roots我们可以简单理解为和Java程序的生命周期强关联、和JVM生命周期强关联或者和当前线程强关联的一些对象。这些对象至少说在发生GC这一时刻是不应该被当成垃圾回收掉的，否则会影响程序的正常使用，因此，我们标记存活对象的时候从GC Roots开始，认为被GC Roots 引用或者间接引用的对象就是存活对象。因此，根可达算法的基本原理和流程如下：
初始根集合（Initial Roots）： 根可达算法从程序的初始根集合开始，这些根是一组特殊的引用，如线程栈中的引用、静态变量、JNI（Java Native Interface）引用等。
标记阶段（Mark Phase）： 算法通过追踪根引用，递归遍历对象图，标记所有可以从根引用访问到的对象。在这个过程中，被标记的对象被认为是可达的，而未被标记的对象被认为是不可达的。
标记-清除阶段（Mark-Sweep Phase）： 在标记完成后，算法执行清除操作，即移除未被标记的对象。这些未被标记的对象被认为是不可达的，可以被垃圾回收器回收。这个阶段的目标是回收不再被程序使用的内存空间。
压缩（Compaction）或整理（Compaction）： 在某些情况下，为了优化内存布局，可能会执行进一步的操作，如将存活对象整理到一起，以减少内存碎片。这个步骤通常与标记-清除阶段结合使用。
可选的再标记阶段（Optional Re-Mark Phase）： 有些算法可能会在标记-清除后执行可选的再标记阶段，以处理在清除阶段可能发生的并发引用更新。这一步确保在垃圾回收过程中引用关系的一致性。
结束（Finish）： 垃圾回收算法完成后，内存中只留下了可达对象，而不可达的对象已被清理。程序可以继续执行。
实际上来说，如CMS和G1之类比较流行的垃圾回收器都是采用的“三色标记”算法，而非直接采用的根可达算法来对垃圾进行标记的.
