GC四大算法

Posted 2020-11-16 superlsj

引言：

　　前面的文章提到，Heap包括了PSYoungGen、ParOldGen、Metaspace。JVM 在进行GC时，并非每次都对上面三个内存区域一起回收的，大部分时候回收的都是新生代。由于新生代和老年代的内存空间大小不同以及对象存活率不同，所以针对不同区域JVM采用了不同的GC，不同的GC是通过不同的算法实现的。在Jdk8中，按照回收区域的不同，把GC分为工作在新生代的普通GC（minor GC）和工作在堆全局空间的全局GC（Full  GC）。

　　由于新生代和老年代占比空间为1:2，且采用了不同的算法，所以minor GC 的速度要比Full GC快很多。

一、复制算法

　　HotSpot 把新生代分为三个部分：Eden区和两个Survivor区（From区和To区），默认比例8:1:1。对象创建时会被放在Eden区，当Eden区触发GC（minor GC），GC会对Eden和Survivor区进行垃圾回收，幸存下来的独享会被 “复制” 到Survivor1区（To区），然后清空Eden和From区，最后将To和From交换，让刚才被清空的From作新的To区，让刚才保存对象的To区作新的From区，以保证下一次GC可以扫描到这些对象。这个过程中涉及到了一个 “复制” 的操作，就是 “复制算法” 的产物。顺带一提：当一个对象在多次GC后依然无法被回收，在From区和To区来回复制，没复制一次“年龄”加1，一旦“年龄”达到MaxTenuringThreshold的值（默认为15）就会被移动到老年代。

　　为了方便描述，这里将minor GC的扫描区域（Eden、From）简称为From区，因为这两块区域的共同特点就是在复制幸存对象到To区后会被清空，唯一的区别就是Eden用来保存第一次new出来的对象，而From区保存的则是经过若干次GC后任然幸存的对象。

　　整个流程如下图所示：

　　

 

　　红色为幸存对象，黄色为被GC回收的对象，绿色表示闲置空间。当触发GC后，Eden区和From区的幸存对象会被复制到To区，然后清空Eden区和From区，最后将From区和To区对调，以保证下一次GC的正常工作流程。这些内容在前面介绍堆参数时也有提及，这里不再赘述。需要补充的是 “复制算法” 的优缺点：

　　优点：1、由于“复制算法”采用了复制—清空的方法，所以不会导致内存空间的碎片化

　　缺点：1、由于复制算法需要另外的空间来 “周转” 这些幸存的对象，所以内存消耗比较大。

　　　　　2、如果存在“极端情况”，比如大量的对象循环引用而导致无法回收的幸存对象占比很大，假设为80%，那么就需要将这些数量庞大的对象都复制一遍，并将所有的引用地址重置一遍，这回耗费比较多的时间。所以复制算法的最佳工作环境就是这一块的对象存活率比较低。

二、标记清除

　　这是GC在老年代中的工作方式，标记清除算法分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。

　　

 

　　这种算法虽然不需要多余的内存空间 “周转” 对象，但是会导致内存碎片化。于是便引出了标记压缩算法

三、标记压缩

　　标记压缩其实就是在标记清除后加了一个 “压缩” 操作，将分散的数据压缩到一块连续的内存空间。就是慢，但慢工出细活。

　　

 

四、更加优秀的选择

　　针对老年的GC，标记清除和标记压缩都不完美，最好的方式是组合使用，在多次使用标记清除后进行一次压缩。总的来说四种方式没有孰优孰劣，只有谁更合适。总结一下就是：

执行效率（算法的时间复杂度）：复制算法>标记清除>标记压缩

内存整齐度：复制算法=标记压缩>标记清除

内存利用率：标记清除=标记压缩>复制算法

　　在Java9默认采用了G1垃圾回收器，采用了时间复杂度和空间利用率都非常出色的算法。