Java中的四种垃圾回收算法 -- 《深入理解Java虚拟机》

Java垃圾回收算法

1.1 标记-清除（Mark-Sweep）算法

• 算法分为 “标记” 和 “清除” 两个阶段：首先标记处所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。
• 它是最基础的收集算法，后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。
• 它的不足主要有两个：

1. 效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高。
2. 空间问题，标记清除后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

• 标记-清除算法的执行过程如下：
  

1.2 复制算法

• 为了解决效率问题，复制算法随之诞生。

• 复制算法最初是将内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块，当这一块内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已经使用过的内存一次性清理掉。这样每次都对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。

• 复制算法主要用于回收新生代，回收内存时，会暂停其他所有线程的执行。

• 最初内存分配的缺点：将内存缩小为了原来的一半，代价非常大。

• 最初的执行过程如下：
  

• 现在的研究发现：新生代中的对象 98% 是 “朝生夕死” 的，所以并不需要 1：1 的比例来划分内存空间，而是将内存划分为一块较大的 Eden 空间和两块较小的 Survivor 空间，每次使用 Eden 和其中一块 Survivor。当回收时，将 Eden 和 Survivor 中还存活着的对象一次性复制到另外一块 Survivor 空间上，最后清理掉刚才使用过的 Eden 空间和 Survivor 空间。

• HotSpot 虚拟机默认 Eden 和 Survivor 空间的大小比例是 8：1，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%，只有 10% 的内存会被 “浪费”，大大提升了空间利用率。

• 但是，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，需要依赖老年代来进行分配担保（Handle Promotion）。

• 分配担保：如果另一块 Survivor 空间没有足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象时，这些对象将通过分配担保机制直接进入老年代。

1.3 标记整理算法

• 复制算法在对象存活率较高的时候就要进行较多的赋值操作，效率就会变低。更关键的是，如果不想浪费 50% 的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都 100% 存活的极端情况，所以老年代一般不直接使用复制算法。
• 根据老年代的特点，有人提出了另外一种 “标记-整理” （Mark - Compact）算法，标记过程仍然与 “标记 - 清除” 算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一段移动，然后直接清理端边界以外的内存。
  算法执行流程如图：
  

1.4 分代收集算法

• 当前商用的虚拟机的垃圾收集都采用 “分代收集（Generational Collection）” 算法。
• 这种算法并没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。
• 一般把 Java 堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用适当的收集算法。
• 在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
• 而老年代中，因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用 “标记 - 清理” 或者 “标记 - 整理” 算法来进行回收。

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