Jvm 深入理解（五）—— 垃圾收集算法

Java 进程的内存分配和垃圾收集由Jvm负责完成，前面有说过内存分配的原则，那垃圾收集是如何完成的呢。通过标记算法确定哪些对象可以回收，通过回收算法将可回收的对象回收掉。

标记算法

引用计数法（Java中没有采用这种算法）

• 原理：在对象中添加一个计数器，每一次被引用，计数器 +1 ，当引用失效后，技数器 -1 。当技数器为0时，对象即可被回收。
• 优点：实现简单，判断快，减少标记时间
• 缺点：无法准确的确定可回收的对象，例如循环引用（objA.instance = objB,objB.instance = objA），计数器永远不会归零，无法被回收，大量的循环引用出现，会导致最终出现OOM。

可达性分析法

• 原理：jvm通过一系列"GC ROOT"的对象为节点，开始搜索，走过的路径被称为引用链，当一个对象没有任何到达 “GC ROOT”的引用时，判定该对象为不可达对象
• GC ROOT 有以下几种
  • 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用对象
  • 方法区的静态属性引用的对象
  • 方法区中常量应用的对象
  • 本地方法栈JNI（native 方法）中的引用对象

垃圾收集算法

标记清除算法

• 原理：第一阶段，虚拟机重GC ROOT出发，向下搜索，然后将所有可达的对象进行标记。第二阶段，停止所有用户线程，垃圾收集器将未标记的对象回收掉
• 缺点：
  • 效率低，需要遍历全堆（递归和全堆对象遍历）；在清楚垃圾时，会停止所有用户线程，用户体验很差
  • 会产生大量的内存碎片。对象在堆中不是均匀分配，在垃圾回收后，会产生很多不连续的内存空间即内存碎片。
• 标记清除算法是最基础的算法，其它算法都是在此基础上改进而来
  

复制算法 （用于新生代）

• 原理：将内存分成大小相等的两块区域，每次只使用其中一块区域，当这块区域用完了，将存活的对象复制到另一块区域中，然后将当前使用的这块区域全部清理掉。
• 优点：实现简单，运行高效。每次对其中一块进行清理，不会产出内存碎片
• 缺点：浪费较大的存在空间，每次只使用一半
  

标记整理算法（用于老年代）

• 原理：第一阶段，GC 从 GC ROOT 出发，向下搜索，将可达对象进行标记。第二阶段，将存活的对象移动到一侧，并按照内存地址依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收，这个过程为整理
• 优点：
  • 避免了复制算法，只是用一般的内存空间，导致内存浪费
  • 第二阶段，在回收垃圾前，对内存空间进行了整理，连续排列，避免产生内存碎片
• 缺点：效率比较低，第一阶段和标记清除算法一样，比较耗时。第二阶段在清除前，需要对内存空间进行整理，同样耗时。
  

分代收集算法

• 原理：分代收集算法并不是一个新的算法，是几种算法的混合使用。一个基本假设，绝大部分对象存活时间是短暂的。分代收集算法把堆分成两部分，新生代和老年代，一般新生待 ： 老年代 = 1：2。
  • 新生代：对象基本朝生夕死，例如方法里面的局部变量
  • 老年代：存活时间较长，但最终也会死亡的对象（缓存对象、单例对象）
    
  • 新生代使用复制算法进行回收，新生代中绝大部分对象存活时间较短，所以将新生代分为三块，一个较大的区域Eden占80%，两块较小的servivor区域，各占10%。Eden区域主要用来分配刚刚创建的对象。当发生垃圾收集时，先将Eden区和servivor from区的存活对象，移动到servivor to 区域，将Eden和servivor from 区全部清除，每次垃圾收集，重复此操作。
  • 老年代使用标记清除算法或标记整理算法，老年代对象生命周期较长，一般很少发生垃圾收集，发生垃圾收集时，时间较长。
  • 方法区在JDK8以前一般被称为永久代，JDK8以后，被元内存所取代，元内存使用物理机的本地内存。