GC算法基础

GC算法：基础篇

在深刻GC算法的实现细节以前，咱们最好先来了解下相关术语及背后的基本原理。不一样回收器的实现细节各有不一样，但总的来讲基本全部的回收器都会关注以下两个方面：

• 找出全部的存活对象
• 清理掉全部的其它对象——也就是那些被认为是废弃或无用的对象。

首先，全部回收器都会经过一个标记过程来对存活对象进行统计。

标记可达对象

JVM中用到的全部现代GC算法在回收前都会先找出全部仍存活的对象。下图中所展现的JVM中的内存布局能够用来很好地阐释这一律念：

首先，垃圾回收器将某些特殊的对象定义为GC根对象。所谓的GC根对象包括：

• 当前执行方法中的全部本地变量及入参
• 活跃线程
• 已加载类中的静态变量
• JNI引用

接下来，垃圾回收器会对内存中的整个对象图进行遍历，它先从GC根对象开始，而后是根对象引用的其它对象，好比实例变量。回收器将访问到的全部对象都标记为存活。

存活对象在上图中被标记为蓝色。当标记阶段完成了以后，全部的存活对象都已经被标记完了。其它的那些（上图中灰色的那些）也就是GC根对象不可达的对象，也就是说你的应用不会再用到它们了。这些就是垃圾对象，回收器将会在接下来的阶段中清除它们。

关于标记阶段有几个关键点是值得注意的：

• 开始进行标记前，须要先暂停应用线程，不然若是对象图一直在变化的话是没法真正去遍历它的。暂停应用线程以便JVM能够尽情地收拾家务的这种状况又被称之为安全点（Safe Point），这会触发一次Stop The World(STW)暂停。触发安全点的缘由有许多，但最多见的应该就是垃圾回收了。
• 暂停时间的长短并不取决于堆内对象的多少也不是堆的大小，而是存活对象的多少。所以，调高堆的大小并不会影响到标记阶段的时间长短。

当标记阶段完成后，GC开始进入下一阶段，删除不可达对象。

删除无用对象

不一样的GC算法在删除无用对象上的作法会有所不一样，不过大体上能够为分三类：清除（Sweeping)，整理/压缩(Compacting)以及拷贝(Copying)。下面的几节将会详细介绍下这几种算法的不一样。

清除

从概念上来说，标记-清除算法使用的方法是最简单的，只须要忽略这些对象即可以了。也就是说当标记阶段完成以后，未被访问到的对象所在的空间都会被认为是空闲的，能够用来建立新的对象。

这种方法须要使用一个空闲列表来记录全部的空闲区域以及大小。对空闲列表的管理会增长分配对象时的工做量。这种方法还有一个缺陷就是——虽然空闲区域的大小是足够的，但却可能没有一个单一区域可以知足此次分配所需的大小，所以本次分配仍是会失败（在Java中就是一次OutOfMemoryError）。

整理

标记-清除-整理算法修复了标记-清除算法的短板——它将全部标记的也就是存活的对象都移动到内存区域的开始位置。这种方法的缺点就是GC暂停的时间会增加，由于你须要将全部的对象都拷贝到一个新的地方，还得更新它们的引用地址。相对于标记-清除算法，它的优势也是显而易见的——通过整理以后，新对象的分配只须要经过指针碰撞便能完成（pointer bumping），至关简单。使用这种方法空闲区域的位置是始终可知的，也不会再有碎片的问题了。

复制

标记-复制算法与标记-整理算法很是相似，它们都会将全部存活对象从新进行分配。区别在于从新分配的目标地址不一样，复制算法是为存活对象分配了另外的内存区域做为它们的新家。标记复制算法的优势在于标记阶段和复制阶段能够同时进行。它的缺点是须要一块能容纳下全部存活对象的额外的内存空间。

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