为什么新生代不用标记清除算法？

Posted 2021-05-24 Java技术栈

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本文转自公众号：安琪拉的博客

杭州某写字楼，安琪拉穿着新买的19.9的皮鞋走进玻璃隔间办公室，准备迎接一场新的表演。

面试官 ：看你简历上有些熟悉JVM，是吧？

安琪拉：是的

面试官 ：那你跟我讲讲堆内存的分区。

安琪拉：[心想]：这很easy嘛，来，算是回顾一下JVM的基础知识。

我们知道堆分为新生代和老年代，新生代就是我们说的Yong Generation，老年代是 Old Generation。

面试官 ：然后呢？

安琪拉：然后什么？

面试官 ：讲完啦？下面没有啦？新生代呢？

安琪拉：你想听你可以跟我说嘛，你不说我怎么知道你想听。

新生代又分为Eden区和Survivor区，Survivor由From区域和To区域组成，完整的内存结构，我给你画一下，别抽了，笔递给我一下，我画一下，如下图所示。

面试官 ：哦，图可以，那为什么堆要分新生代和老年代呢？

安琪拉：当然是为了更有效的管理内存。

面试官 ：怎么说？

安琪拉：假设一下，如果不分新老代，内存就一整块，垃圾收集器每次都要把那些长期存在的对象，和生命周期很短的对象放在一起回收，一般长生命周期的对象可能跟应用生命周期一致，你基本回收不掉的，比如Spring 框架里面的Bean管理相关的对象（ApplicationContext），整个应用运行期间都存在，这种一般经过几次回收最后都放在老年代，但是如果不区分新老代，每次都一起回收，性能消耗很大。

区分新老代之后，老年代放长期存活的对象，新生代就放生命周期短的对象，老年代对象很稳定，新生代回收不影响老年代，回收效率能大大提高。

面试官 ：那为什么新生代还要分Eden、From、To区域呢？

安琪拉：[开始慢慢有点意思了]

首先大部分对象生命周期是很短的，如果新生代不分多个区域，新生代可能会有二种回收方案

第一种可能：每次回收都在新生代整块内存上进行，完整的垃圾回收过程分三步：

1. 需要先找到需要清理的对象标记；

2. 清理这些被标记的对象；

3. 移动剩下的对象，对达到老年代晋升年龄的对象移动到老年代。

对象被回收掉后会产生很多内存碎片（被回收的对象很多），如果要解决内存碎片，需要移动剩下的对象（标记整理算法），整个回收流程效率很低。

第二种可能：如果没有Survivor区（From + To），Minor GC（新生代回收）过程中，存活的对象直接被送到老年代，这样的话老年代很快被填满，触发Major GC（因为Major GC一般伴随着Minor GC，也可以看做触发了Full GC），Full GC频繁会影响程序的执行和响应速度。

新生代的回收叫Minor GC, 老年代的回收叫Major GC。

面试官 ：为什么要设置两个Survivor区呢？From 和 To

安琪拉：我们来看一下, 如果只有一个Survivor区，新生代内存的回收流程。

我按照上面这张图画的讲，第一次Eden区域满了，内存回收很简单，直接把Eden区域存活对象放到Suvivor区域；

第二次内存回收，需要回收二个地方，Eden区域和Survivor区域。

• 因为Survivor区域也会存活的对象需要被回收，对Survivor区要采用标记整理垃圾收集算法，（先标记需要清理的对象，然后回收，然后把剩下的存活对象放到一起）；

• Eden区域采用复制算法，把Eden区域存放的对象复制到Survivor区域，然后把整个Eden区清除。

看到网上有些文章说这里设置二个Survivor区域的原因是为了避免内存碎片，因为他假设第二次（以及后续）的回收，内存回收是先回收Eden区域，然后是Survivor区域，这样当然会有内存碎片，但是如果真是只有一个Survivor区域，垃圾回收设计者肯定是先回收Survivor区域，再回收Eden区域，等Survivor区回收整理好，再把Eden区存放对象搬到Survivor区，这样存活地址是连续的，没有内存碎片。所以真正的原因还是我下面说的效率问题。

面试官 ：这样有什么问题呢?

安琪拉：这样做有几个问题：

1. 经过几次回收之后，Survivor区域满了之后怎么办？直接搬到老年代？那老年代很快就爆炸了。搬到Eden区？那内存碎片产生了，可能Survivor区和Eden区回收完之后，还需要再整理一下内存去掉内存碎片，性能消耗也是很大的。

2. 一般标记整理算法的性能消耗是比复制算法消耗要大的，尤其是在新生代98%的对象都是“朝生夕死”的，标记清楚的是98%的对象，剩下就2%对象，要整理内存，不然直接把这2%对象放到另一个地方，把整块内存清除，Eden整块内存清除效率很高的。

所以归根结底，二个Survivor区还是为了性能考虑，标记复制算法效率比标记整理效率高。

面试官 ：那你跟我详细讲讲标记新生代除了Eden，另外采用二个Survivor区的标记复制算法。

安琪拉：新生代中的对象 98% 是“ 朝生夕死” 的， 所以并不需要按照 1: 1 的比例来划分Eden和Survivor的空间， 而是将新生代分为较大的一块Eden空间和两块较小的Survivor 空间，每次只使用 Eden 和 其中一块Survivor[0]（From区域），留出Survivor[1]（To区域）用来实现标记复制。

当回收时， 将 Eden 和 Survivor[0] 中还存活着的对象一次性地复制到另外一块 Survivor[1] (To)空间上， 最后清理掉 Eden 和 刚才用过的 Survivor 空间。

另外说明一点：From区域和To区域在每次Minor GC之后都会互转，From区域变成To区域，To区域变成From区域，这只是逻辑标识

HotSpot 虚拟机默认 将Eden 和 Survivor 的大小比例是 8: 1（CMS不适用）， 也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的 90%（ 80%+ 10%），只有10%的内存会被“ 浪费”(一直有10%的内存(Survivor To区)不存东西)。

标记复制算法流程：

1. Eden区域+Survivor From区满，进行存活对象标记，标记完，把存活对象复制到Survivor To区域；

2. Survivor To区域变成From区域（一个逻辑标识），From区域变成To区域；

3. 内存分配，继续步骤1，复制过程中有达到老年代晋升年龄（默认值15），移动到老年代。

面试官：刚才说了这么多，是不是来之前背题了？

安琪拉：【心想】回答不出来你说我对技术没追求，回答出来了你说我背题，WTF。。

面试官：在哪看，你分享给我。

面试官：诶诶，还有老年代内存回收策略呢？还有标记整理算法呢？另外讲讲几种常见的垃圾回收器，CMS和G1。

安琪拉：不想讲了，累了，要不放在二面的时候讲吧。

面试官：没事，二面面试官还是我，你直接讲吧。

安琪拉：真不想讲了。

面试官：那今天先到这吧，回去等通知，您出了这个门左拐。

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