垃圾收集算法

这里介绍几种垃圾收集算法的思想及其发展过程。

标记-清除算法（Mark-Sweep）

标记-清除算法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缺点进行改进而得到的。

执行过程

• 标记出所有需要回收的对象。
• 统一回收掉所有被标记的对象。

缺点

• 效率问题：标记和清除过程的效率都不高。
• 空间问题：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，当程序在以后的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。

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复制算法（Copying）

为了解决标记-清除算法的缺点就出现了复制算法。

执行过程

• 将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。
• 当正在使用的这块内存用完了，就将存活的对象复制到另外一块上面。
• 然后把已使用过的内存空间一次清理掉。

优点

每次都是对其中一块内存进行回收，内存分配时不需要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。

缺点

这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半。

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改进后的复制算法

现代的商业虚拟机都是采用复制算法来回收新生代，而研究表明新生代中的对象98%是朝生夕死的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间。

执行过程

• 将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中的一块Survivor空间。
• 当回收时，将Eden和Survivor空间中还存活的对象一次性拷贝到另外一块没有使用的Survivor空间上。
• 最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。

优点

HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor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%（80%+10%），只有10%的内存是会被“浪费”的。

缺点

• 98%的对象可回收只是一般场景下的数据，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，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。
• 同时在对象存活率较高的时候要执行较多的复制操作，效率将会变低。

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标记-整理算法（Mark-Compact）

由于复制收集算法在对象存活率较高时需要分配担保和较多的复制操作，老年代一般不能直接选用这种算法。于是，根据老年代的特别，有人就提出了一种“标记-整理”算法。

执行过程

• 标记过程仍然与“标记-清除”算法一样。
• 将所有存活对象都移动到内存的一端。
• 直接清理掉端边界以外的内存。

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分代收集算法（Generational Collection）

当前商业虚拟机的垃圾收集都是采用分代收集算法。这种算法没什么新的思想，只是根据对象的存活周期的不同将内存分为几块。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，每次垃圾收集时都只有少量对象存活，所以选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
• 在老年代中，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-清除”或“标记-整理”算法来进行回收。