1. JVM垃圾回收机制的概述
Java虚拟机通过垃圾回收机制来管理Java程序运行时的内存，自动回收不需要的对象，释放内存空间，使得Java程序更加高效、稳定。JVM垃圾回收机制是Java程序运行机理的重要组成部分。
2. 垃圾的判断标准
a. 引用计数法
引用计数法是一种简单的垃圾判断算法，通过维护每个对象的引用计数器来判断对象是否垃圾。当一个对象被创建时，计数器初始值为1，当有变量引用该对象时，计数器加1，当引用该对象的变量被释放时，计数器减1，当计数器的值为0时，该对象被判断为垃圾。
但是，引用计数法有一个缺陷，就是无法处理循环引用的情况，两个对象都互相引用时，计数器始终不为0，导致无法回收，产生内存泄漏。
b. 可达性分析法
可达性分析法是Java程序中垃圾回收使用的主要算法，通过判断对象是否可达来判断对象是否需要回收。
可达性分析的基本思路是从一组称为 "GC Roots" 的对象作为起始点集，从这些集合出发开始向下搜索，搜索时走遍所有的引用，并且只要走到一个对象，就将其标记为 "可达对象"（reachable objects），未被标记的对象则是垃圾对象。只有在一次或多次搜索操作后没有与任何 GC Roots 相连接的对象，它们就会被判定为无用对象。
3. 垃圾收集算法
a. 标记-清除算法
标记-清除算法分为两个阶段：
- 标记阶段：标记所有需要回收的对象
- 清除阶段：清除所有标记过的未被引用的对象
标记-清除算法的缺点是容易产生内存碎片。
b. 复制算法
复制算法分为两个内存区域，每次只使用其中的一个内存区域，当这个区域被使用完后，将其中的存活对象复制到另一个区域中，然后清空使用的那个区域，继续使用该区域。复制算法解决了内存碎片的问题，但是需要额外的内存空间。
c. 标记-整理算法
标记-整理算法先标记所有需要回收的对象，然后再将所有存活的对象向一端移动，之后清理掉端边界以外的内存。
d. 分代收集算法
分代收集算法根据对象的生命周期将堆内存分为新生代和老年代。新生代和老年代采用不同的收集算法。新生代中使用复制算法，老年代中使用标记-清除算法或标记-整理算法。
4. 垃圾收集器
a. Serial收集器
Serial收集器是在单线程情况下，使用标记-复制算法的垃圾收集器。适合于客户端运行模式。
b. ParNew收集器
ParNew收集器是Serial收集器的多线程版本，也是使用标记-复制算法的垃圾收集器。可与CMS收集器配合使用，适合于服务端运行模式。
c. Parallel Scavenge收集器
Parallel Scavenge收集器采用多线程的根垃圾收集器，以提高垃圾处理效率。适合于服务端运行模式。
d. Serial Old收集器
Serial Old收集器是一种在单线程环境下运行的老年代收集器，适合于客户端运行模式。
e. Parallel Old收集器
Parallel Old收集器是Serial Old收集器的多线程版本，适合于服务端运行模式。
f. CMS收集器
CMS收集器采用标记-清除算法，尽可能地减少垃圾回收时造成的停顿时间，适合需要快速响应的系统。
5. 如何选择垃圾收集器
在选择垃圾收集器时需要考虑以下因素：
- 程序运行模式
- 回收的内存范围
- 延迟时间和吞吐量
- 系统硬件资源
6. 垃圾收集器的调优
a. 新生代调优
- 新生代大小：控制新生代内存的大小，尽量设置大一些，减少复制算法垃圾收集的次数。
- Minor GC触发时间：控制新生代大小，使得在一个新生代内发生的Minor GC时间尽可能地短。
b. 老年代调优
- 老年代大小：控制老年代内存的大小，避免因为老年代内存不足而频繁触发Full GC。
- Full GC时使用的收集器：选择与应用程序情况相匹配的Full GC收集器，控制垃圾回收阶段产生的暂停时间。
7. 垃圾回收的影响因素
a. Eden区大小
如果Eden区太小，就会更频繁地发生Minor GC，影响程序性能。如果Eden区太大，则在Minor GC后可能会产生大量的内存碎片。
b. 垃圾回收最大停顿时间
在进行垃圾回收时，会暂停应用程序的执行，如果垃圾回收时暂停的时间过长，就会影响应用程序的延迟和吞吐量。
c. 线程数目
内存回收时使用的线程数目越多，回收时间越短，但是会占用更多的系统资源和CPU时间。
d. 堆大小
堆大小的扩大可以减少垃圾回收的次数，降低GC的负担，但是过度的堆大小会占用太多的内存资源。
8. 垃圾回收的常见问题及排错方法
a. 内存泄漏
内存泄漏指的是由于程序错误导致的部分内存无法被回收，进而导致运行程序的内存快速耗尽。排错方法：
- 判断内存泄漏的对象，通过内存分析工具定位对象引用链。
- 确认是代码逻辑错误还是程序设计原因引起。
- 修改代码，修复内存泄漏，即使无法修复，也需要检查代码及时释放占用的内存。
b. 堆内存溢出
堆内存溢出指的是程序使用的内存超出了最大堆内存，导致程序运行异常或者崩溃。排错方法：
- 调整堆内存的大小。
- 通过-Xloggc指令或Jprofiler、visualvm等内存分析使用情况工具，定位可能的内存泄漏对象和引用建立方式，为解决问题找到突破口。
c. 垃圾回收过于频繁
如果垃圾回收过于频繁，可能导致系统运行缓慢或者不稳定。排错方法：
- 调整JVM的垃圾回收策略和算法。
- 分析程序的内存使用情况，优化代码。
总结
JVM垃圾回收机制是Java程序运行机理的重要组成部分，垃圾收集算法、垃圾收集器、垃圾回收的影响因素等都是需要掌握的知识。对于Java程序员来说，及时调优垃圾回收机制，优化程序性能是非常重要的。
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