垃圾回收算法详解（引用计数/标记-清除/标记压缩/复制算法）

开门见山，常见的GC（垃圾回收）算法有以下四种，本文重在解析GC算法，是为讲解垃圾回收器做知识铺垫。至于分代回收将在其它文章中补充说明。

目录：

1. 引用计数法（Java没有采用）

2. 标记-清除法 （jvm老年代回收）

3. 标记-压缩法 （jvm老年代回收）

4. 复制算法 （jvm新生代回收）

5. 几种算法对比

至于新生代和老年代的说法会在本文第4-5点简要介绍

1. 引用计数法（Java没有采用）

每个对象有一个引用计数属性，新增一个引用时计数加1，引用释放时计数减1，计数为0时可以回收。此方法简单，但无法解决对象相互循环引用的问题，如下图所示。

①当出现左边绿色的情况时，假设外部对A的引用消除，此时因为A引用计数从1减为0，A将被清除。从而对B的引用也消除，B的计数减为0，GC将正确回收对象{A, B}

②然而若出现右边橙色状况，假设外部对E的引用消除，外部对于对象集{C,D,E}不再有引用，但他们之间出现循环引用现象，计数始终保持为1，导致{C,D,E}无法被回收。

2. 标记-清除法

（这部分是我在课程展示时做的ppt讲的，在原ppt上有动画和伪代码对比演示，以及如何对扫描整个堆的标记-清除法作出优化，想要扩展的可以点击链接下载）

标记清扫回收器ppt演示(含动画动态展示) 

标记-清扫式垃圾回收器是一种直接的全面停顿算法。简单的说，它们找出所有不可达的对象，并将它们放入空闲列表Free。

清扫过程将分为标记阶段和清扫阶段。以下是结合伪代码的详细分析。

①首先把根集所引用的对象reached（可达标志位）设为1，这里假设根集引用了o1和o4，并将其加入到未扫描集合Unscanned中。至于根集是一组必须活跃的引用，比如所有活跃栈帧里指向GC堆里对象的引用（即正在被调用的引用类型参数和局部变量等）。

    对于根集的更多详情可查看引文：对于根集的理解

② 删除未扫描集合中的某个对象o1，并找到o1所引用的对象o3和o8；（原书写的删除对象并找到引用，我认为是先找到引用再删除，可能有翻译上的误差）

  再将o3和o8的reached标志位设为1，并将o3和o8放入未扫描集合中；

（未扫描集合中的对象表示是可达的，它们都可以被直接或间接引用）

③和以上步骤类似，此时删除未扫描集合中的引用对象如o4，找出o4所引用的对象，改变被引用对象的标志位为1并放入未扫描集合。重复以上操作，直到Unsanned集合为空，同时所有直接或间接引用的对象的 reached 位都被标记为1，进入清扫阶段；

④清扫所有 reached 标志位为0的对象（没有被直接或间接访问过），被清扫对象放入Free集合中；

⑤将存活的对象 reached 标志位归还位0，进行下一轮标记-清扫工作。
 

清理效果如图所示：

缺点：需要扫描整个堆区，时间开销较大。感兴趣的可以查看我上传的ppt中，标记-清除法的优化版。

 

3. 标记-压缩法

总体思想和标记-清除法类似

①标记阶段，通过根节点标记所有可达（直接或间接可访问）对象，和标记-清除法类似；

②清除阶段，将上一轮存活对象压缩到内存的一端，之后清理边界。（如此一来可以减少内存碎片，避免分配大对象时空间不够）

清理效果如图所示！

 

4. 复制算法 

在堆区中，对象分为新生代（年轻代）、老年代和永生代，而复制算法发生是发生在新生代的。新建的对象一般分配在新生代的Eden区，当Eden快满时进行一次小型的垃圾回收。存活的对象会移动到 Survivor1区（以下简称S1）。

当再次发生 GC 时，S1区的存活对象将复制到先前闲置的S2区，同时存活对象寿命+1；以后每次发生GC，S1和S2区将交替的作为存活对象的存放区和闲置区。并且如果存活对象的寿命达到某个阈值，它将被分配到老年代中。（注意在JDK8中已经没有老年代的概念，使用的是metaspace的概念，感兴趣请参考 jdk8 Metaspace 调优）

为什么需要年轻代：

按照GC的运行机制，会回收掉已经死掉的对象，而对象一般都是在年轻代就会死去，所以年轻代比老年代需要更频繁的GC清理，下面针对年轻代与老年代的回收机制有不同的讲解

存在的问题：

空间浪费，需要整合标记。所以大对象一般不放在复制空间，直接进入老年代。

 

5. 几种算法对比

复制算法与标记-压缩法对比：

复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作，效率将会变低。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，所以复制算法仅仅应用在新生代，而老年代一般不能直接选用这种算法，使用标记-压缩法。

标记-压缩法与标记-清除法对比：

根据老年代的特点，有人提出了“标记-压缩”（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端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。也可以减少内存碎片。

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感谢您的观看！

参考资料和图片来源：

https://blog.csdn.net/qq_33048603/article/details/52727991

https://www.cnblogs.com/ityouknow/p/5614961.html