六种主要的垃圾回收算法和思想

Java语言的一大特色就是能够自动进行垃圾回收处理，无需开发人员过于关注系统资源的释放状况。自动垃圾收集虽然大大减轻了开发人员的工做量，可是也增长了软件系统的负担。一个不合适的垃圾回收方法和策略将会对系统性能形成不良影响。

1. 引用计数法

引用计数法是最经典古老的一种垃圾收集方法，它的实现也很简单：对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的计数器就加1，当引用失效时，引用计数器就减1.只要对象A的引用计数器的值为0，则对象A就不可能再被使用。

引用计数法实现简单，只须要为每个对象配备一个整型计数器便可。可是，它存在一个很严重的问题，即没法处理循环引用的状况，所以在Java的垃圾回收器中没有使用这种算法。

一个简单的循环引用示例以下：

对象A和对象B循环引用，此时他们的引用计数器都不为0，可是在系统中已经找不到第三个对象引用了A或者B，也就是说，A和B应该是被回收的垃圾。可是由于循环引用而没法被识别，最终可能会致使内存泄漏。

2. 标记-清除法

标记-清除法是现代垃圾回收算法的基础。

它将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。一种可行的实现是：

1. 在标记阶段，标记全部从根节点出发的可达对象。所以，全部未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。
2. 在清除阶段，清除全部未被标记的对象。

而标记-清除法可能产生的最大问题就是空间碎片。回收以后的空间不是连续的，不连续的内存空间的工做效率要低于连续的空间，这是标记-清除法最大的缺点。

3.复制算法

与标记-清除法相比，复制算法是一种相对高效的回收算法。

它的核心思想是：将内存分为两部分，每次只使用其中一部分。在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存货对象复制到未使用的内存块中，以后清除正在使用的内存块中的全部对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。

若是系统中的垃圾对象不少，那么复制算法须要复制的存活对象的数量也不会不少，所以当须要使用复制算法时仍是比较高效的。又由于全部对象都会被统一复制到新的内存空间中，因此能够保证回收后的内存空间是没有碎片的。

虽然有以上两大有点，可是复制算法的代价缺点是将系统内存折半。所以单纯的复制算法会让人没法接受。

在Java的新生代串行垃圾回收器中，使用了复制算法。新生代分为eden空间、from空间和to空间三个部分。其中from和to空间能够视为用于复制的两块大小相同、地位相等，且角色能够互换的空间块，它们也被称为survivor空间，即幸存者空间，用于存放未被回收的对象。

在垃圾回收时，eden空间中的存活对象会被复制到未使用的survivor空间中（假设为to），正在使用的survivor空间（假设为from）中的年轻对象也会被复制到to空间中（大对象或者老年对象会直接进入老年代，若是to空间已经满了，则对象也会直接进入老年代）。此时eden和from空间中的剩余对象将都是垃圾对象，能够直接清空，to空间则存放这次回收后存活的对象。

这样改进后的复制算法既保证了空间的连续性，又避免大量内存空间被浪费。

4. 标记-压缩算法

复制算法的高效性是创建在存活对象少，垃圾对象多的前提下。这种状况广泛存在于年轻代，可是在老年代，更常见的状况是大部分对象都是存活对象，若是使用复制算法，因为存活对象多，复制的成本也会很高。

基于老年代垃圾回收的特性，须要使用新的算法，而标记-压缩算法是老年代的一种回收算法，它在标记-清除算法之上作了一些优化。

它和标记-清除算法不一样之处在于：在清除阶段，它会将全部的存活对象压缩到内存的另外一端。以后清理边界以外的全部空间。这种算法既避免了碎片的产生，又不须要两块相同的内存空间，所以性价比较高。

5. 增量算法

对大部分的垃圾回收算法而言，在垃圾回收的过程当中，应用软件的全部线程都会挂起，暂停一切正常工做，等待来回收的完成。若是垃圾回收时间很长，则应用程序会被挂起好久，这会严重影响用户体验和系统稳定性。

增量算法的基本思想就是，让垃圾回收线程和应用线程交替执行，每次只收集一小片区域的内存空间，接着切换应用程序线程。如此往复知道垃圾回收完成。

使用这种方式进行垃圾回收能够减小系统的停顿时间，可是由于线程切换和上下文转换的消耗，会使得垃圾回收的整体成本上升，形成系统吞吐量的降低。

6.分代

前面介绍的几种垃圾回收算法没有哪种能够彻底替代其余算法，它们有各自的优势和缺点。所以，根据垃圾回收对象的特性，使用合适的算法回收，才是明智的选择。

分代就是基于这种思想，它将内存区域根据对象特色分为几块，根据每块内存区间的特色，使用不一样的回收算法，提升垃圾回收的效率。