Java垃圾收集算法

Posted 2021-11-28 rainple

　　由于垃圾收集算法的实现涉及大量的程序细节，而且每个平台的虚拟机操作内存的方法又各不相同，因此博客中不过多的讨论算法的实现，只是介绍几种算法的思想以及发展。

　　相关阅读：

　　1、深入理解java虚拟机之java内存区域

　　2、深入理解java虚拟机之对象真的死了吗

 

　　1、标记-清除算法

　　标记清除算法分为“标记”和“清除”两个阶段，首先先标记出那些对象需要被回收，在标记完成后会对这些被标记了的对象进行回收；如下图：

　　这种算法的优点在于不需要对对象进行移动操作，仅对不存活的对象进行操作，所以在对象存活率较高的情况下效率非常高，但是从上图模拟的结果来看对象被回收后，可用的内存并不是连续的，而是断断续续，造成大量的内存碎片。 存储对象时要求内存空间时连续的，所以虚拟机在给新的内存较大的对象分配空间时，有可能找不到足够大的连续的空闲的空间来存放，从而引发一次垃圾回收动作，实际上里面是有大量的空闲空间的，只是不连续而已。

　　2、复制算法

　　复制算法是将内存分为两块大小一样的区域，每次是使用其中的一块。当这块内存块用完了，就将这块内存中还存活的对象复制到另一块内存中，然后清空这块内存。这种算法在对象存活率较低的场景下效率很高，比如说新生代，只对整块内存区域的一半进行垃圾回收，在垃圾回收的过程也不会出现内存碎片的情况，不需要移动对象，只需要移动指针即可，实现简单，所以运行效率很高。运行效率是在建立在浪费空间的基础上的，这是典型的已空间换时间的方法，因为每次只能是使用北村的一半。算法示意图如下：

　　

　　现在商用的jvm中都采用了这种算法来回收新生代，因为新生代的对象基本上都是朝生夕死的，存活下来的对象约占10%左右，所以需要复制的对象比较少，采用这种算法效率比较高。hotspot版本的虚拟机将堆（heap）内存分为了新生代和老年代，其中新生代又分为内存较大的Eden区和两个较小的survivor区。当进行内存回收时，将eden区和survivor区的还存活的对象一次性地复制到另一个survivor空间上，最后将eden区和刚才使用过的survivor空间清理掉。hotspot虚拟机默认eden和survivor空间的大小比例为8：1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代空间的90%（80%+10%），只会浪费掉10%的空间。当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当survivor空间不够用时，需要依赖于其他内存（这里指的是老年代）进行分配的担保。

　　3、标记-整理算法

　　复制算法在对象存活率较高的情况下就要进行较多的对象复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果你不需要浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，用以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种办法。

　　根据老年代的特点，有人提出了标记-整理的算法，标记过程仍然与标记-清楚算法一样，但后续步骤不是直接将可回收对象清理掉，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存，算法示意图如下：

　　4、分代收集算法

　　分代收集算法将heap区域划分为新生代和老年代，新生代的空间比老年代的空间要小。新生代又分为了Eden和两个survivor空间，它们的比例为8：1：1。对象被创建时，内存的分配是在新生代的Eden区发生的，大对象直接在老年代分配内存，IBM的研究表明，Eden区98%的对象都是很快消亡的。

　　为了提高gc效率，分代收集算法中新生代和老年代的gc是分开的，新生代发生的gc动作叫做minor gc 或 young gc，老年代发生的叫做major gc 或 full gc。

　　minor gc 的触发条件：当创建新对象时Eden区剩余空间小于对象的内存大小时发生minor gc；

　　major gc 触发条件：

　　1、显式调用System.gc()方法；

　　2、老年代空间不足；

　　3、方法区空间不足；

　　4、从新生代进入老年代的空间大于老年代空闲空间；

　　Eden区对象的特点是生命周期短，存活率低，因此Eden区使用了复制算法来回收对象，上面也提到复制算法的特点是在存活率较低的情况下效率会高很多，因为需要复制的对象少。与一般的复制算法不同的是，一般的复制算法每次只能使用一半的空间，另一半则浪费掉了，Eden区的回收算法也叫做"停止-复制"算法，当Eden区空间已满时，触发Minor GC，清理掉无用的对象，然后将存活的对象复制到survivor1区（此时survivor0有存活对象，survivor1为空的），清理完成后survivor0为空白空间，survivor1有存活对象，然后将survivor0和survivor1空间的角色对象，下次触发Minor gc时重复上述过程。如果survivor1区剩余空间小于复制对象所需空间时，将对象分配到老年代中。每发生一次Minor gc时，存活下来的对象的年龄则会加1，达到一定的年龄后（默认为15）该对象就会进入到老年代中。

　　老年代的对象基本是经过多次Minor gc后存活下来的，因此他们都是比较稳定的，存活率高，如果还是用复制算法显然是行不通的。所以老年代使用“标记-整理”算法来回收对象的，从而提高老年代回收效率。

　　总的来说，分代收集算法并不是一种具体的算法，而是根据每个年龄代的特点，多种算法结合使用来提高垃圾回收效率。

　　参考资料：《深入理解Java虚拟机》

　　迎大家关注公众号： 【java解忧杂货铺】，里面会不定时发布一些技术干货博客；关注即可免费领取大量最新，最流行的技术教学视频