垃圾收集算法

垃圾收集算法

1、分代收集理论

目前主流JVM虚拟机中的垃圾收集器，都遵循分代收集理论：

• 弱分代：绝大多数对象都是朝生夕灭
• 强分代：经历越多次垃圾收集过程的对象，越难以回收，难以消亡

按照分代收集理论设计的“分代垃圾收集器”，所采用的设计原则：收集器应该将Java堆划分成不同的区域，然后将回收对象依据其年龄（年龄即对象经历过垃圾收集过程的次数）分配到不同的区域存储

（1）分代存储

• 如果一个区域中大多数对象都是朝生夕灭（新生代），难以熬过垃圾收集过程的话，把它们集中存储在一起，每次回收时，只关注如何保留少量存活对象，而不是去标记大量将要回收的对象，就能以较低代价回收到大量的空间。
• 如果一个区域中大多数对象都是难以回收（老年代），那么把它们集中放在一起，JVM虚拟机就可以使用较低的频率，来对这个区域进行回收。
• 这样设计的好处是，兼顾垃圾收集的时间开销和内存空间的有效利用。

（2）分代收集

堆区按照分代存储的好处：

在Java堆区划分成不同区域后，垃圾收集器才可以每次只回收其中某一个或者某些区域，所以才有MinorGC、MajorGC、FullGC等垃圾收集类型划分。

在Java堆区划分成不同区域后，垃圾收集器才可以针对不同的区域，安排与该区域存储对象存亡特征相匹配的垃圾收集算法：标记-复制算法、标记-清除算法、标记-整理算法等

垃圾收集类型划分：

• 部分收集（Partial GC）：没有完整收集整个Java堆的垃圾收集，其中又分为：

• • 新生代收集（Minor GC / Young GC）
  • 老年代收集（Major GC / Old GC）
  • 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代和部分老年代的垃圾收集。

• 整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆的垃圾收集

2、垃圾收集算法

（1）标记-清除算法（Mark-Sweep）

最基础的收集算法

算法实现思路

1. 该算法分为“标记”和“清除”阶段
2. 首先标记出所有不需要（或需要）回收的对象
3. 标记完成后，清除所有没有（或有）被标记的对象

存在的问题

1. 执行效率不稳定

   如果执行垃圾收集的区域，大部分对象是需要被回收的，则需要大量的标记和清除动作，导致效率变低

2. 内存空间碎片化

   标记清除后会产生大量的不连续的内存空间碎片，会导致分配较大对象时，无法找到祖足够的连续空间，从而会触发新的垃圾收集动作

（2）标记-复制算法（Copying）

算法实现思路

简称 “复制算法” ，为了解决“标记-清除”面对大量可回收对象时执行效率低下的问题

1. 将内存分为两个大小相同的空间，每次使用其中的一块
2. 当其中一块内存使用完成后，就将还存活的对象复制到另一块，然后清空当前已经使用的空间

算法特点

当内存中大多数对象都是可回收的情况，推荐使用此算法

存在的问题

1. 对象存活率较高，需要进行较多的内存间复制，效率降低
2. 浪费过多的内存，使现有的可用空间变为原来的一半

3、标记-整理算法（Mark-Compact）

算法实现思路

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回收，而是让所有存活的对象向内存空间一端移动， 然后直接清理边界以外的内存，这样清理的机制，不会像标记-清除那样留下大量的内存碎片。

4、总结

当前虚拟机的垃圾收集都基于分代收集思想，根据对象存活周期的不同，将内存分为几个不同的区域，在不同的区域选择使用合适的垃圾收集算法

• 在新生代中，每次收集都会有大量垃圾对象被回收，所以可以选择“标记-复制”算法，只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集
• 在老年代中，对象存活几率是比较高的，而且没有额外的空间对它进行分配担保，所以选择“标记-清除”或“标记-整理”算法进行垃圾收集