Java虚拟机学习：分代收集算法

当前商业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，只是根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把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最适当的收集算法。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“标记-整理”算法来进行回收。

对象分类

分代搜集算法是针对对象的不同特性，而使用适合的算法，这里面并没有实际上的新算法产生。与其说分代搜集算法是第四个算法，不如说它是对前三个算法的实际应用。
首先我们来探讨一下对象的不同特性，接下来LZ和各位来一起给这些对象选择GC算法。
内存中的对象按照生命周期的长短大致可以分为三种，以下命名均为个人的命名。
1、夭折对象：朝生夕灭的对象，通俗点讲就是活不了多久就得死的对象。
例子：某一个方法的局域变量、循环内的临时变量等等。
2、老不死对象：这类对象一般活的比较久，岁数很大还不死，但归根结底，老不死对象也几乎早晚要死的，但也只是几乎而已。
例子：缓存对象、数据库连接对象、单例对象（单例模式）等等。
3、不灭对象：此类对象一般一旦出生就几乎不死了，它们几乎会一直永生不灭，记得，只是几乎不灭而已。
例子：String池中的对象（享元模式）、加载过的类信息等等。

对象对应的内存区域

还记得前面介绍内存管理时，JVM对内存的划分吗？
我们将上面三种对象对应到内存区域当中，就是夭折对象和老不死对象都在JAVA堆，而不灭对象在方法区。
之前的一章中我们就已经说过，对于JAVA堆，JVM规范要求必须实现GC，因而对于夭折对象和老不死对象来说，死几乎是必然的结局，但也只是几乎，还是难免会有一些对象会一直存活到应用结束。然而JVM规范对方法区的GC并不做要求，所以假设一个JVM实现没有对方法区实现GC，那么不灭对象就是真的不灭对象了。
由于不灭对象的生命周期过长，因此分代搜集算法就是针对的JAVA堆而设计的，也就是针对夭折对象和老不死对象。

JAVA堆的对象回收（夭折对象和老不死对象）

有了以上分析，我们来看看分代搜集算法如何处理JAVA堆的内存回收的，也就是夭折对象与老不死对象的回收。
夭折对象：这类对象朝生夕灭，存活时间短，还记得复制算法的使用要求吗？那就是对象存活率不能太高，因此夭折对象是最适合使用复制算法的。
小疑问：50%内存的浪费怎么办？
答疑：因为夭折对象一般存活率较低，因此可以不使用50%的内存作为空闲，一般的，使用两块10%的内存作为空闲和活动区间，而另外80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生GC，将10%的活动区间与另外80%中存活的对象转移到10%的空闲区间，接下来，将之前90%的内存全部释放，以此类推。

GC流程：

图中标注了三个区域中在各个阶段，各自内存的情况。相信看着图，它的GC流程已经不难理解了。

第一点是使用这样的方式，我们只浪费了10%的内存，这个是可以接受的，因为我们换来了内存的整齐排列与GC速度。第二点是，这个策略的前提是，每次存活的对象占用的内存不能超过这10%的大小，一旦超过，多出的对象将无法复制。

为了解决上面的意外情况，也就是存活对象占用的内存太大时的情况，高手们将JAVA堆分成两部分来处理，上述三个区域则是第一部分，称为新生代或者年轻代。而余下的一部分，专门存放老不死对象的则称为年老代。

是不是很贴切的名字呢？下面我们看看老不死对象的处理方式。

老不死对象：这一类对象存活率非常高，因为它们大多是从新生代转过来的。就像人一样，活的年月久了，就变成老不死了。

通常情况下，以下两种情况发生的时候，对象会从新生代区域转到年老带区域。
1、在新生代里的每一个对象，都会有一个年龄，当这些对象的年龄到达一定程度时（年龄就是熬过的GC次数，每次GC如果对象存活下来，则年龄加1），则会被转到年老代，而这个转入年老代的年龄值，一般在JVM中是可以设置的。
2、在新生代存活对象占用的内存超过10%时，则多余的对象会放入年老代。这种时候，年老代就是新生代的“备用仓库”。
针对老不死对象的特性，显然不再适合使用复制算法，因为它的存活率太高，而且不要忘了，如果年老代再使用复制算法，它可是没有备用仓库的。因此一般针对老不死对象只能采用标记/整理或者标记/清除算法。
以上两种情况已经解决了GC的大部分问题，因为JAVA堆是GC的主要关注对象，而以上也已经包含了分代搜集算法的全部内容，接下来对于不灭对象的回收，已经不属于分代搜集算法的内容。
方法区的对象回收（不灭对象）

不灭对象存在于方法区，在我们常用的hotspot虚拟机（JDK默认的JVM）中，方法区也被亲切的称为永久代，又是一个很贴切的名字不是吗？
其实在很久很久以前，是不存在永久代的。当时永久代与年老代都存放在一起，里面包含了JAVA类的实例信息以及类信息。但是后来发现，对于类信息的卸载几乎很少发生，因此便将二者分离开来。幸运的是，这样做确实提高了不少性能。于是永久代便被拆分出来了。
这一部分区域的GC与年老代采用相似的方法，由于都没有“备用仓库”，二者都是只能使用标记/清除和标记/整理算法。

回收的时机

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指新生代。因此GC按照回收的区域又分了两种类型，一种是普通GC（minor GC），一种是全局GC（major GC or Full GC），它们所针对的区域如下。
普通GC（minor GC）：只针对新生代区域的GC。
全局GC（major GC or Full GC）：针对所有分代区域（新生代、年老代、永久代）的GC。
由于年老代与永久代相对来说GC效果不好，而且二者的内存使用增长速度也慢，因此一般情况下，需要经过好几次普通GC，才会触发一次全局GC。