什麼是Garbage Collection以及他在Java如何運作

JAVA並不像C或C++必需由開發者負責記憶體分配/回收的任務，JVM會依據設定，找出沒被參照的物件，自動進行記憶體空間回收，這使得讓開發者在開發時可以專注在業務邏輯上。雖然開發者可以不用管記憶體的分配/回收，但為了系統效能最佳化，我們還是有必要了解Garbage Collection(以下簡稱GC)是如何運作的，在開始之前，我們必須強調GC雖然可以自動回收沒被參照的物件，但無法解決程式設計不當所造成的memory leak。

首先來看GC的幾個重點

1. 不論物件的scope(local variable/member variable)，所有的物件都是儲存在Heap space!
2. GC是JVM用來回收記憶體的機制，符合GC條件的物件會在GC過程中，釋放其佔用的記憶體空間(Heap space)
3. GC讓開發者不用處理記憶體管理，在開發時可以專注在業務邏輯上
4. Java透過一個叫Garbage Collector的daemon(背景)thread來進行GC
5. 開發者無法強制執行GC，GC只會在JVM認為需要(根據Heap Size)時才會執行
6. System.gc()和Runtime.gc()[註1]會送GC請求給JVM，但JVM並不一定會執行GC
7. 若Heap space沒空間存放新建立的物作，則JVM會丟出OutOfMemoryError或 java.lang.OutOfMemoryError heap space
8. Minor GC和Major/Full都是"Stop the World"事件，只是Minor GC時間非常短(幾百milli-seconds)，使用者較不容易察覺;而Full GC時間相對上長很多，且heap size愈大時間愈久;因此應儘量避免或減少Full GC發生。

物件什麼時候會符回GC條件

物件若被JVM認為沒有在使用，即符合GC條件。判斷方式則是:JVM會從根物件開始走訪所有reference，把走到的做註記，當全部走完後，沒被註記的物件代表沒有人能夠取得，即符合GC條件。
一般而言，假設我們要讓物件A符合回收條件，可以通過下列方式達成:

1. 將所有參照到A的變數設為null (ex. sample = null;)
2. 在method中建立的物件A，一旦離開了該method，則所有local variable參照都會失效
3. 將parent object reference設為null。parent object會參照到物件A，當parent object的reference消失時，則物件A也符合GC條件
4. 若物件A只有被WeakHashMap參照到，則符合條件

Heap Generations

Heap可分為3個generations，分別稱為: Young/New generation， Tenured/Old generation和Permanent(Perm) generation，其中Young generation可以進一步分為3個區塊: Eden space， Survivor 1和Survivor 2。當物件一開始被產生時，他被放置在Eden space，當Eden space滿了，無法存放新物件時，JVM會啟動Minor GC，把存活的物件往Survivor 1或2移及以原本在Survivor 1或2的存活物件往另一個Survivor空間移，當JVM執行多次Minor GC後，會把符合條件的存活物件往Tenured generation移，這個過程我們稱為Minor GC。Tenured generation滿了時，JVM會執行GC，回收Tenured generation的空間，我們稱之為Major/Full GC。

http://javahash.com/java-memory-model-structures/

Permanent generation儲存class和method相關的metadata以及interned String[註2]。至於perm space會不會進行GC，則是依JVM而定，Sun/Oracle實作的JVM會進行GC，要確認你用的JVM是否會進行GC，可以寫支小程式建立數百萬個字串看看是否會出現GC log或 OutofMemoryError。

物件的旅程

在了解Heap Generation後，我們來看看一個物件生命週期中，他在這些generation間的旅程(並不一定會走完全程，若期間符合GC條件，則提前結束)。

1. JVM配置Eden記憶體空間給新建立的物件
2. 當Minor GC時(Eden space無法分配記憶體空間給新建立的物件)，物件從Eden被移到Survival space
3. 當Minor GC時，物件從Survival space被移到另一個Survival space(根據設定，這可能會發生很多次)
4. 當Minor GC時，物件從Survival space移(promote)至Tenured/Old generation
5. Major GC(old generation無法分配空間給被promote的物件)

[註1] System.gc()和Runtime.gc()其實做一樣的事，System.gc()轉發request給Runtime.gc()，差別是System.gc()是class level而Runtime.gc()是instance level，System.gc()較為方便而已
[註2]All literal strings and string-valued constant expressions are interned.透過String.intern()，可以讓相同值的字串只存一份在記憶體，在JDK6，intern的字串存放於Permanent generation，在JDK7之後移至Young/Old generation

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