GC垃圾收集算法

       概述：说起垃圾收集（Garbage Collection，下文简称GC），有不少人把这项技术当作Java语言的伴生产 物。事实上，垃圾收集的历史远远比Java久远，在1960年诞生于麻省理工学院的Lisp是第一门开始使 用内存动态分配和垃圾收集技术的语言。当Lisp还在胚胎时期时，其作者John McCarthy就思考过垃圾收集需要完成的三件事情： ·

哪些内存需要回收？  什么时候回收？   如何回收？

引用计数算法

       很多教科书判断对象是否存活的算法是这样的：在对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加一；当引用失效时，计数器值就减一；任何时刻计数器为零的对象就是不可能再被使用的。

        这种算法是最简单的，判定效率也高，唯一的缺点就是很难解决对象之间相互循环引用的问题。

        所以java虚拟机并没有采用这种算法。0.0，想什么呢？老弟。

可达性分析算法

       当前主流的商用程序语言（Java、C#，上溯至前面提到的古老的Lisp）的内存管理子系统，都是通过可达性分析（Reachability Analysis）算法来判定对象是否存活的。

       这个算法的基本思路就是通过 一系列称为“GC Roots”的根对象作为起始节点集，从这些节点开始，根据引用关系向下搜索，搜索过 程所走过的路径称为“引用链”（Reference Chain），如果某个对象到GC Roots间没有任何引用链相连， 或者用图论的话来说就是从GC Roots到这个对象不可达时，则证明此对象是不可能再被使用的。

        可达不可达，图论的时候各位应该学过吧  0.0，老弟，实在不行，我下篇讲一下这个东西。

图论可达性c语言实现-CSDN博客

    在Java技术体系里面，固定可作为GC Roots的对象包括以下几种： ·

    在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象，譬如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的 参数、局部变量、临时变量等。 ·

    在方法区中类静态属性引用的对象，譬如Java类的引用类型静态变量。 ·在方法区中常量引用的对象，譬如字符串常量池（String Table）里的引用。

    在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。

    Java虚拟机内部的引用，如基本数据类型对应的Class对象，一些常驻的异常对象（比如 NullPointExcepiton、OutOfMemoryError）等，还有系统类加载器。

    所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象。

    反映Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等。

谈谈引用

       强引用是最传统的“引用”的定义，是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似“Object obj=new Object()”这种引用关系。无论任何情况下，只要强引用关系还存在，垃圾收集器就永远不会回 收掉被引用的对象。

       软引用是用来描述一些还有用，但非必须的对象。只被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存， 才会抛出内存溢出异常。在JDK 1.2版之后提供了SoftReference类来实现软引用。

       弱引用也是用来描述那些非必须对象，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。当垃圾收集器开始工作，无论当前内存是否足够，都会回收掉只 被弱引用关联的对象。在JDK 1.2版之后提供了WeakReference类来实现弱引用。

       虚引用也称为“幽灵引用”或者“幻影引用”，它是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚 引用关联的唯一目的只是为了能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。在JDK 1.2版之后提供 了PhantomReference类来实现虚引用。

由于主要讲算法，所以那个分代我就不在这里讲了。

标记-清除算法

      最早出现也是最基础的垃圾收集算法是“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，在1960年由Lisp之父 John McCarthy所提出。如它的名字一样，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。 

      缺点：执行效率不稳定，内存空间的碎片化问题

标记-复制算法

       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，1969年Fenichel提出了一种称为“半区复制”（Semispace Copying）的垃圾收集算法，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。

       缺点：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。

标记-整理算法

       针对老年代对象的存亡特征，1974年Edward Lueders提出了另外一种有针对性的“标记-整 理”（Mark-Compact）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

        如果移动存活对象，尤其是在老年代这种每次回收都有大量对象存活区域，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[1]，这就更加让使用者不得不小心翼翼地权衡其弊端了，像这样的停顿被最初的虚拟机 设计者形象地描述为“Stop The World” [2]。

       HotSpot虚拟机里面关注吞吐量的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-清除算法的，这也从 侧面印证这点。

       另外，还有一种“和稀泥式”解决方案可以不在内存分配和访问上增加太大额外负担，做法是让虚拟机平时多数时间都采用标记-清除算法，暂时容忍内存碎片的存在，直到内存空间的碎片化程度已经 大到影响对象分配时，再采用标记-整理算法收集一次，以获得规整的内存空间。前面提到的基于标 记-清除算法的CMS收集器面临空间碎片过多时采用的就是这种处理办法。

本文主要参考：深入理解java虚拟机：jvm高级特性与最佳实践（第3版）那本书

最新的ZGC和Shenandoah收集器使用读屏障（Read Barrier）技术实现了整理过程与用户线程的并发执行。