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1 Java垃圾回收機(jī)制（GC是什么？為什么要GC）

為了讓程序員更專注于代碼的實(shí)現(xiàn)，而不用過多的考慮內(nèi)存釋放的問題，所以，在Java語(yǔ)言中，有了自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制，也就是我們熟悉的GC(Garbage Collection)。

有了垃圾回收機(jī)制后，程序員只需要關(guān)心內(nèi)存的申請(qǐng)即可，內(nèi)存的釋放由系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別完成。

在進(jìn)行垃圾回收時(shí)，不同的對(duì)象引用類型，GC會(huì)采用不同的回收時(shí)機(jī)

換句話說(shuō)，自動(dòng)的垃圾回收的算法就會(huì)變得非常重要了，如果因?yàn)樗惴ǖ牟缓侠恚瑢?dǎo)致內(nèi)存資源一直沒有釋放，同樣也可能會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出的。

當(dāng)然，除了Java語(yǔ)言，C#、Python等語(yǔ)言也都有自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制。

2 對(duì)象什么時(shí)候可以被垃圾器回收

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簡(jiǎn)單一句就是：如果一個(gè)或多個(gè)對(duì)象沒有任何的引用指向它了，那么這個(gè)對(duì)象現(xiàn)在就是垃圾，如果定位了垃圾，則有可能會(huì)被垃圾回收器回收。

如果要定位什么是垃圾，有兩種方式來(lái)確定，第一個(gè)是引用計(jì)數(shù)法，第二個(gè)是可達(dá)性分析算法

2.1 引用計(jì)數(shù)法

一個(gè)對(duì)象被引用了一次，在當(dāng)前的對(duì)象頭上遞增一次引用次數(shù)，如果這個(gè)對(duì)象的引用次數(shù)為0，代表這個(gè)對(duì)象可回收

String demo = new String("123");

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String demo = null;

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當(dāng)對(duì)象間出現(xiàn)了循環(huán)引用的話，則引用計(jì)數(shù)法就會(huì)失效

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先執(zhí)行右側(cè)代碼的前4行代碼

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目前上方的引用關(guān)系和計(jì)數(shù)都是沒問題的，但是，如果代碼繼續(xù)往下執(zhí)行，如下圖

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雖然a和b都為null，但是由于a和b存在循環(huán)引用，這樣a和b永遠(yuǎn)都不會(huì)被回收。

優(yōu)點(diǎn)：

• 實(shí)時(shí)性較高，無(wú)需等到內(nèi)存不夠的時(shí)候，才開始回收，運(yùn)行時(shí)根據(jù)對(duì)象的計(jì)數(shù)器是否為0，就可以直接回收。
• 在垃圾回收過程中，應(yīng)用無(wú)需掛起。如果申請(qǐng)內(nèi)存時(shí)，內(nèi)存不足，則立刻報(bào)OOM錯(cuò)誤。
• 區(qū)域性，更新對(duì)象的計(jì)數(shù)器時(shí)，只是影響到該對(duì)象，不會(huì)掃描全部對(duì)象。

缺點(diǎn)：

• 每次對(duì)象被引用時(shí)，都需要去更新計(jì)數(shù)器，有一點(diǎn)時(shí)間開銷。
• 浪費(fèi)CPU資源，即使內(nèi)存夠用，仍然在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行計(jì)數(shù)器的統(tǒng)計(jì)。
• 無(wú)法解決循環(huán)引用問題，會(huì)引發(fā)內(nèi)存泄露。（最大的缺點(diǎn)）

2.2 可達(dá)性分析算法

現(xiàn)在的虛擬機(jī)采用的都是通過可達(dá)性分析算法來(lái)確定哪些內(nèi)容是垃圾。

會(huì)存在一個(gè)根節(jié)點(diǎn)【GC Roots】，引出它下面指向的下一個(gè)節(jié)點(diǎn)，再以下一個(gè)節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)開始找出它下面的節(jié)點(diǎn)，依次往下類推。直到所有的節(jié)點(diǎn)全部遍歷完畢。

根對(duì)象是那些肯定不能當(dāng)做垃圾回收的對(duì)象，就可以當(dāng)做根對(duì)象

局部變量，靜態(tài)方法，靜態(tài)變量，類信息

核心是：判斷某對(duì)象是否與根對(duì)象有直接或間接的引用，如果沒有被引用，則可以當(dāng)做垃圾回收

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X,Y這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)是可回收的，但是并不會(huì)馬上的被回收??！ 對(duì)象中存在一個(gè)方法【finalize】。當(dāng)對(duì)象被標(biāo)記為可回收后，當(dāng)發(fā)生GC時(shí)，首先會(huì)判斷這個(gè)對(duì)象是否執(zhí)行了finalize方法，如果這個(gè)方法還沒有被執(zhí)行的話，那么就會(huì)先來(lái)執(zhí)行這個(gè)方法，接著在這個(gè)方法執(zhí)行中，可以設(shè)置當(dāng)前這個(gè)對(duì)象與GC ROOTS產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，那么這個(gè)方法執(zhí)行完成之后，GC會(huì)再次判斷對(duì)象是否可達(dá)，如果仍然不可達(dá)，則會(huì)進(jìn)行回收，如果可達(dá)了，則不會(huì)進(jìn)行回收。

finalize方法對(duì)于每一個(gè)對(duì)象來(lái)說(shuō)，只會(huì)執(zhí)行一次。如果第一次執(zhí)行這個(gè)方法的時(shí)候，設(shè)置了當(dāng)前對(duì)象與RC ROOTS關(guān)聯(lián)，那么這一次不會(huì)進(jìn)行回收。 那么等到這個(gè)對(duì)象第二次被標(biāo)記為可回收時(shí)，那么該對(duì)象的finalize方法就不會(huì)再次執(zhí)行了。

GC ROOTS：

• 虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對(duì)象

/**
 * demo是棧幀中的本地變量，當(dāng) demo = null 時(shí)，由于此時(shí) demo 充當(dāng)了 GC Root 的作用，demo與原來(lái)指向的實(shí)例 new Demo() 斷開了連接，對(duì)象被回收。
 */
public class Demo {
    public static  void main(String[] args) {
     Demo demo = new Demo();
     demo = null;
    }
}

• 方法區(qū)中類靜態(tài)屬性引用的對(duì)象

/**
 * 當(dāng)棧幀中的本地變量 b = null 時(shí)，由于 b 原來(lái)指向的對(duì)象與 GC Root (變量 b) 斷開了連接，所以 b 原來(lái)指向的對(duì)象會(huì)被回收，而由于我們給 a 賦值了變量的引用，a在此時(shí)是類靜態(tài)屬性引用，充當(dāng)了 GC Root 的作用，它指向的對(duì)象依然存活!
 */
public class Demo {
    public static Demo a;
    public static  void main(String[] args) {
        Demo b = new Demo();
        b.a = new Demo();
        b = null;
    }
}

• 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象

/**
 * 常量 a 指向的對(duì)象并不會(huì)因?yàn)?demo 指向的對(duì)象被回收而回收
 */
public class Demo {
    
    public static final Demo a = new Demo();
    
    public static  void main(String[] args) {
        Demo demo = new Demo();
        demo = null;
    }
}

• 本地方法棧中 JNI（即一般說(shuō)的 Native 方法）引用的對(duì)象

3 JVM 垃圾回收算法有哪些？

3.1 標(biāo)記清除算法

標(biāo)記清除算法：是將垃圾回收分為2個(gè)階段，分別是標(biāo)記和清除。

1.根據(jù)可達(dá)性分析算法得出的垃圾進(jìn)行標(biāo)記

2.對(duì)這些標(biāo)記為可回收的內(nèi)容進(jìn)行垃圾回收

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可以看到，標(biāo)記清除算法解決了引用計(jì)數(shù)算法中的循環(huán)引用的問題，沒有從root節(jié)點(diǎn)引用的對(duì)象都會(huì)被回收。

同樣，標(biāo)記清除算法也是有缺點(diǎn)的：

• 效率較低，標(biāo)記和清除兩個(gè)動(dòng)作都需要遍歷所有的對(duì)象，并且在GC時(shí)，需要停止應(yīng)用程序，對(duì)于交互性要求比較高的應(yīng)用而言這個(gè)體驗(yàn)是非常差的。
• （重要）通過標(biāo)記清除算法清理出來(lái)的內(nèi)存，碎片化較為嚴(yán)重，因?yàn)楸换厥盏膶?duì)象可能存在于內(nèi)存的各個(gè)角落，所以清理出來(lái)的內(nèi)存是不連貫的。

3.2 復(fù)制算法

如果您覺得本文不錯(cuò)，歡迎關(guān)注,點(diǎn)贊,收藏支持，您的關(guān)注是我堅(jiān)持的動(dòng)力！

復(fù)制算法的核心，將原有的內(nèi)存空間一分為二，每次只用其中的一塊，在垃圾回收時(shí)，將正在使用的對(duì)象復(fù)制到另一個(gè)內(nèi)存空間中，然后將該內(nèi)存空間清空，交換兩個(gè)內(nèi)存的角色，完成垃圾的回收。

如果內(nèi)存中的垃圾對(duì)象較多，需要復(fù)制的對(duì)象就較少，這種情況下適合使用該方式并且效率比較高，反之，則不適合。

1）將內(nèi)存區(qū)域分成兩部分，每次操作其中一個(gè)。

2）當(dāng)進(jìn)行垃圾回收時(shí)，將正在使用的內(nèi)存區(qū)域中的存活對(duì)象移動(dòng)到未使用的內(nèi)存區(qū)域。當(dāng)移動(dòng)完對(duì)這部分內(nèi)存區(qū)域一次性清除。

3）周而復(fù)始。

優(yōu)點(diǎn)：

• 在垃圾對(duì)象多的情況下，效率較高
• 清理后，內(nèi)存無(wú)碎片

缺點(diǎn)：

• 分配的2塊內(nèi)存空間，在同一個(gè)時(shí)刻，只能使用一半，內(nèi)存使用率較低

3.3 標(biāo)記整理算法

標(biāo)記壓縮算法：是在標(biāo)記清除算法的基礎(chǔ)之上，做了優(yōu)化改進(jìn)的算法。和標(biāo)記清除算法一樣，也是從根節(jié)點(diǎn)開始，對(duì)對(duì)象的引用進(jìn)行標(biāo)記，在清理階段，并不是簡(jiǎn)單的直接清理可回收對(duì)象，而是將存活對(duì)象都向內(nèi)存另一端移動(dòng)，然后清理邊界以外的垃圾，從而解決了碎片化的問題。

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1）標(biāo)記垃圾。

2）需要清除向右邊走，不需要清除的向左邊走。

3）清除邊界以外的垃圾。

優(yōu)缺點(diǎn)同標(biāo)記清除算法，解決了標(biāo)記清除算法的碎片化的問題，同時(shí)，標(biāo)記壓縮算法多了一步，對(duì)象移動(dòng)內(nèi)存位置的步驟，其效率也有有一定的影響。

與復(fù)制算法對(duì)比：復(fù)制算法標(biāo)記完就復(fù)制，但標(biāo)記整理算法得等把所有存活對(duì)象都標(biāo)記完畢，再進(jìn)行整理

4 分代收集算法

4.1 概述

在java8時(shí)，堆被分為了兩份：新生代和老年代【1：2】，在java7時(shí)，還存在一個(gè)永久代。

對(duì)于新生代，內(nèi)部又被分為了三個(gè)區(qū)域。Eden區(qū)，S0區(qū)，S1區(qū)【8：1：1】

當(dāng)對(duì)新生代產(chǎn)生GC：MinorGC【young GC】

當(dāng)對(duì)老年代代產(chǎn)生GC：Major GC

當(dāng)對(duì)新生代和老年代產(chǎn)生FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暫停時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)盡力避免

4.2工作機(jī)制

• 新創(chuàng)建的對(duì)象，都會(huì)先分配到eden區(qū)
• 當(dāng)伊甸園內(nèi)存不足，標(biāo)記伊甸園與 from（現(xiàn)階段沒有）的存活對(duì)象
• 將存活對(duì)象采用復(fù)制算法復(fù)制到 to 中，復(fù)制完畢后，伊甸園和 from 內(nèi)存都得到釋放
• 經(jīng)過一段時(shí)間后伊甸園的內(nèi)存又出現(xiàn)不足，標(biāo)記eden區(qū)域to區(qū)存活的對(duì)象，將存活的對(duì)象復(fù)制到from區(qū)
• 當(dāng)幸存區(qū)對(duì)象熬過幾次回收（最多15次），晉升到老年代（幸存區(qū)內(nèi)存不足或大對(duì)象會(huì)導(dǎo)致提前晉升）

MinorGC、 Mixed GC 、 FullGC的區(qū)別是什么

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• MinorGC【young GC】發(fā)生在新生代的垃圾回收，暫停時(shí)間短（STW）
• Mixed GC 新生代 + 老年代部分區(qū)域的垃圾回收，G1 收集器特有
• FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暫停時(shí)間長(zhǎng)（STW），應(yīng)盡力避免？

名詞解釋：

STW（Stop-The-World）：暫停所有應(yīng)用程序線程，等待垃圾回收的完成

5 說(shuō)一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

在jvm中，實(shí)現(xiàn)了多種垃圾收集器，包括：

• 串行垃圾收集器
• 并行垃圾收集器
• CMS（并發(fā)）垃圾收集器
• G1垃圾收集器

5.1 串行垃圾收集器

Serial和Serial Old串行垃圾收集器，是指使用單線程進(jìn)行垃圾回收，堆內(nèi)存較小，適合個(gè)人電腦

• Serial 作用于新生代，采用復(fù)制算法
• Serial Old 作用于老年代，采用標(biāo)記-整理算法

垃圾回收時(shí)，只有一個(gè)線程在工作，并且java應(yīng)用中的所有線程都要暫停（STW），等待垃圾回收的完成。

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5.2 并行垃圾收集器

Parallel New和Parallel Old是一個(gè)并行垃圾回收器，JDK8默認(rèn)使用此垃圾回收器

• Parallel New作用于新生代，采用復(fù)制算法
• Parallel Old作用于老年代，采用標(biāo)記-整理算法

垃圾回收時(shí)，多個(gè)線程在工作，并且java應(yīng)用中的所有線程都要暫停（STW），等待垃圾回收的完成。

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5.3 CMS（并發(fā)）垃圾收集器

CMS全稱 Concurrent Mark Sweep，是一款并發(fā)的、使用標(biāo)記-清除算法的垃圾回收器，該回收器是針對(duì)老年代垃圾回收的，是一款以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，停頓時(shí)間短，用戶體驗(yàn)就好。其最大特點(diǎn)是在進(jìn)行垃圾回收時(shí)，應(yīng)用仍然能正常運(yùn)行。

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6 詳細(xì)聊一下G1垃圾回收器

6.1 概述

• 應(yīng)用于新生代和老年代，在JDK9之后默認(rèn)使用****G1
• 劃分成多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都可以充當(dāng) eden，survivor，old， humongous，其中 humongous 專為大對(duì)象準(zhǔn)備
• 采用復(fù)制算法
• 響應(yīng)時(shí)間與吞吐量兼顧
• 分成三個(gè)階段：新生代回收、并發(fā)標(biāo)記、混合收集
• 如果并發(fā)失?。椿厥账俣融s不上創(chuàng)建新對(duì)象速度），會(huì)觸發(fā) Full GC

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image-20230506154323950

6.2 Young Collection(年輕代垃圾回收)

• 初始時(shí)，所有區(qū)域都處于空閑狀態(tài)

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• 創(chuàng)建了一些對(duì)象，挑出一些空閑區(qū)域作為伊甸園區(qū)存儲(chǔ)這些對(duì)象

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• 當(dāng)伊甸園需要垃圾回收時(shí)，挑出一個(gè)空閑區(qū)域作為幸存區(qū)，用復(fù)制算法復(fù)制存活對(duì)象，需要暫停用戶線程

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• 隨著時(shí)間流逝，伊甸園的內(nèi)存又有不足
• 將伊甸園以及之前幸存區(qū)中的存活對(duì)象，采用復(fù)制算法，復(fù)制到新的幸存區(qū)，其中較老對(duì)象晉升至老年代

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6.3 Young Collection + Concurrent Mark (年輕代垃圾回收+并發(fā)標(biāo)記)

當(dāng)老年代占用內(nèi)存超過閾值(默認(rèn)是45%)后，觸發(fā)并發(fā)標(biāo)記，這時(shí)無(wú)需暫停用戶線程

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• 并發(fā)標(biāo)記之后，會(huì)有重新標(biāo)記階段解決漏標(biāo)問題，此時(shí)需要暫停用戶線程。
• 這些都完成后就知道了老年代有哪些存活對(duì)象，隨后進(jìn)入混合收集階段。此時(shí)不會(huì)對(duì)所有老年代區(qū)域進(jìn)行回收，而是根據(jù)暫停時(shí)間目標(biāo)優(yōu)先回收價(jià)值高（存活對(duì)象少）的區(qū)域（這也是 Gabage First 名稱的由來(lái)）。

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6.4 Mixed Collection (混合垃圾回收)

復(fù)制完成，內(nèi)存得到釋放。進(jìn)入下一輪的新生代回收、并發(fā)標(biāo)記、混合收集

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其中H叫做巨型對(duì)象，如果對(duì)象非常大，會(huì)開辟一塊連續(xù)的空間存儲(chǔ)巨型對(duì)象

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7. JVM 垃圾回收面試

面試官：簡(jiǎn)述Java垃圾回收機(jī)制？（GC是什么？為什么要GC）

候選人:

為了讓程序員更專注于代碼的實(shí)現(xiàn)，而不用過多的考慮內(nèi)存釋放的問題，所以，在Java語(yǔ)言中，有了自動(dòng)的垃圾回收機(jī)制，也就是我們熟悉的GC(Garbage Collection)。

有了垃圾回收機(jī)制后，程序員只需要關(guān)心內(nèi)存的申請(qǐng)即可，內(nèi)存的釋放由系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別完成。

在進(jìn)行垃圾回收時(shí)，不同的對(duì)象引用類型，GC會(huì)采用不同的回收時(shí)機(jī)

面試官：對(duì)象什么時(shí)候可以被垃圾器回收

候選人:

如果一個(gè)或多個(gè)對(duì)象沒有任何的引用指向它了，那么這個(gè)對(duì)象現(xiàn)在就是垃圾，如果定位了垃圾，則有可能會(huì)被垃圾回收器回收。

如果要定位什么是垃圾，有兩種方式來(lái)確定，第一個(gè)是引用計(jì)數(shù)法，第二個(gè)是可達(dá)性分析算法

通常都使用可達(dá)性分析算法來(lái)確定是不是垃圾

面試官： JVM 垃圾回收算法有哪些？

候選人:

我記得一共有四種，分別是標(biāo)記清除算法、復(fù)制算法、標(biāo)記整理算法、分代回收

面試官： 你能詳細(xì)聊一下分代回收嗎？

候選人:

關(guān)于分代回收是這樣的

在java8時(shí)，堆被分為了兩份：新生代和老年代，它們默認(rèn)空間占用比例是1:2

對(duì)于新生代，內(nèi)部又被分為了三個(gè)區(qū)域。Eden區(qū)，S0區(qū)，S1區(qū)默認(rèn)空間占用比例是8:1:1

具體的工作機(jī)制是有些情況：

1）當(dāng)創(chuàng)建一個(gè)對(duì)象的時(shí)候，那么這個(gè)對(duì)象會(huì)被分配在新生代的Eden區(qū)。當(dāng)Eden區(qū)要滿了時(shí)候，觸發(fā)YoungGC。

2）當(dāng)進(jìn)行YoungGC后，此時(shí)在Eden區(qū)存活的對(duì)象被移動(dòng)到S0區(qū)，并且當(dāng)前對(duì)象的年齡會(huì)加1，清空Eden區(qū)。

3）當(dāng)再一次觸發(fā)YoungGC的時(shí)候，會(huì)把Eden區(qū)中存活下來(lái)的對(duì)象和S0中的對(duì)象，移動(dòng)到S1區(qū)中，這些對(duì)象的年齡會(huì)加1，清空Eden區(qū)和S0區(qū)。

4）當(dāng)再一次觸發(fā)YoungGC的時(shí)候，會(huì)把Eden區(qū)中存活下來(lái)的對(duì)象和S1中的對(duì)象，移動(dòng)到S0區(qū)中，這些對(duì)象的年齡會(huì)加1，清空Eden區(qū)和S1區(qū)。

5）對(duì)象的年齡達(dá)到了某一個(gè)限定的值（默認(rèn)15歲  ），那么這個(gè)對(duì)象就會(huì)進(jìn)入到老年代中。

當(dāng)然也有特殊情況，如果進(jìn)入Eden區(qū)的是一個(gè)大對(duì)象，在觸發(fā)YoungGC的時(shí)候，會(huì)直接存放到老年代

當(dāng)老年代滿了之后，觸發(fā)FullGC。FullGC同時(shí)回收新生代和老年代，當(dāng)前只會(huì)存在一個(gè)FullGC的線程進(jìn)行執(zhí)行，其他的線程全部會(huì)被掛起。  我們?cè)诔绦蛑幸M量避免FullGC的出現(xiàn)。

面試官：講一下新生代、老年代、永久代的區(qū)別？

候選人:

新生代主要用來(lái)存放新生的對(duì)象。

老年代主要存放應(yīng)用中生命周期長(zhǎng)的內(nèi)存對(duì)象。

永久代指的是永久保存區(qū)域。主要存放Class和Meta（元數(shù)據(jù)）的信息。在Java8中，永久代已經(jīng)被移除，取而代之的是一個(gè)稱之為“元數(shù)據(jù)區(qū)”（元空間）的區(qū)域。元空間和永久代類似，不過元空間與永久代之間最大的區(qū)別在于：元空間并不在虛擬機(jī)中，而是使用本地內(nèi)存。因此，默認(rèn)情況下，元空間的大小僅受本地內(nèi)存的限制。

面試官：說(shuō)一下 JVM 有哪些垃圾回收器？

候選人:

在jvm中，實(shí)現(xiàn)了多種垃圾收集器，包括：串行垃圾收集器、并行垃圾收集器（JDK8默認(rèn)）、CMS（并發(fā)）垃圾收集器、G1垃圾收集器（JDK9默認(rèn)）

面試官：Minor GC、Major GC、Full GC是什么

候選人:

嗯，其實(shí)它們指的是不同代之間的垃圾回收

Minor GC 發(fā)生在新生代的垃圾回收，暫停時(shí)間短

Major GC 老年代區(qū)域的垃圾回收，老年代空間不足時(shí)，會(huì)先嘗試觸發(fā)Minor GC。Minor GC之后空間還不足，則會(huì)觸發(fā)Major GC，Major GC速度比較慢，暫停時(shí)間長(zhǎng)

Full GC 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暫停時(shí)間長(zhǎng)，應(yīng)盡力避免