JVM常见的垃圾回收算法

1、Mark-Sweep  标记-清除算法

算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，统一回收掉所有被标记的对象，也可以反过来，标记存活的对象，统一回收所有未被标记的对象。标记过程就是对象是否属于垃圾的判定过程。

缺点：

（1）执行效率不稳定：

如果Java堆中包含大量对象，而且其中大部分是需要被回收的，这时必须进行大量标记和清除的动作，导致标记和清除两个过程的执行效率都随对象数量增长而降低；

（2）内存空间的碎片化问题

标记、清除之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当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。

2、Copy 拷贝算法

标记-复制算法常被简称为复制算法。为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低的问题，它将可用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。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。如果内存中多数对象都是存活的，这种算法将会产生大量的内存间复制的开销，但对于多数对象都是可回收的情况，算法需要复制的就是占少数的存活对象，而且每次都是针对整个半区进行内存回收，分配内存时也就不用考虑有空间碎片的复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配即可。

缺点：

（1）浪费空间
缺陷也显而易见，这种复制回收算法的代价是将可用内存缩小为了原来的一半，空间浪费未免太多了一点。

3、Mark-Compact 标记整理算法

其中的标记过程仍然与“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内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。

缺点：

（1）修改引用耗费资源

整理阶段移动存活对象并更新所有引用这些对象的地方将会是一种极为负重的操作，而且这种对象移动操作必须全程暂停用户应用程序才能进行。

根据各个算法的特点也可以得知：在新生代存活对象少的情况下，使用Copy算法；在老年代或存活对象多的情况下，使用Mark-Sweep、Mark-Compact算法。

G1之前分代垃圾收集器的新生代，Serial、ParNew等收集器均采用Copy算法设计新生代的内存布局；Parallel Scavenge收集器是基于标记-整理算法的，而关注延迟的CMS收集器则是基于标记-清除算法。

4、三色标记算法

G1和CMS里都有一个并发标记垃圾的过程，也就是此时GC线程和工作线程是同时工作的，也就是会出现非垃圾变为垃圾（此时直接在下次回收时清理掉就可以，并没有大的影响）、垃圾变为非垃圾的情况，而垃圾变为非垃圾时如果没有及时发现处理而被回收了，那么会产生非常严重的后果，JVM是采用三色标记算法来解决这种问题的。

把遍历过程中遇到的对象，按照“是否访问过”这个条件标记成以下三种颜色：
（1）白色：表示对象尚未被垃圾收集器访问过。
（2）黑色：表示对象已经被垃圾收集器访问过，且这个对象的所有引用都已经扫描过。黑色的对象代表已经扫描过，它是安全存活的，如果有其他对象引用指向了黑色对象，无须重新扫描一遍。黑色对象不可能直接（不经过灰色对象）指向某个白色对象。
（3）灰色：表示对象已经被垃圾收集器访问过，但这个对象上至少存在一个引用还没有被扫描过。

当且仅当以下两个条件同时满足时，会产生错误回收的问题，即原本应该是黑色的对象被误标为白色：

1、赋值器插入了一条或多条从黑色对象到白色对象的新引用；

2、赋值器删除了全部从灰色对象到该白色对象的直接或间接引用。

因此，我们要解决并发标记的这个问题，只需破坏这两个条件的任意一个即可。由此分别产生了两种解决方案：增量更新（Incremental Update）和原始快照（Snapshot At The Beginning， SATB）。

1、增量更新要破坏的是第一个条件，当黑色对象插入新的指向白色对象的引用关系时，就将这个新插入的引用记录下来，等并发扫描结束之后，再将这些记录过的引用关系中的黑色对象为根，重新扫描一次。

这可以简化理解为，黑色对象一旦新插入了指向白色对象的引用之后，它就变回灰色对象了。

2、原始快照要破坏的是第二个条件，当灰色对象要删除指向白色对象的引用关系时，就将这个要删除的引用记录下来，在并发扫描结束之后，再将这些记录过的引用关系中的灰色对象为根，重新扫描 一次。

这也可以简化理解为，无论引用关系删除与否，都会按照刚刚开始扫描那一刻的对象图快照来进行搜索。

在 HotSpot虚拟机中，增量更新和原始快照这两种解决方案都有实际应用，譬如，CMS是基于增量更新来做并发标记的，G1、Shenandoah则是用原始快照来实现的。