Java虚拟机—垃圾回收算法（整理版）

1.概述

　　因为垃圾收集算法的实现涉及大量的程序细节。所以本节不打算过多地讨论算法的实现，只是介绍几种算法的思想及其发展过程。主要涉及的算法有标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法、分代收集算法。

2. 标记-清除算法

　　最基础的收集算法是”标记-清除“（Mark-Sweep）算法，如同它的名字同样，算法分为”标记“和”清除两个阶段“：首先标记出全部须要回收的对象，在标记完成后统一回收全部被标记的对象。之因此说它是最基础的收集算法，是由于后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而获得的。

　　它的主要不足有两个：一个是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；另外一个是空间问题，标记清除以后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会致使之后在程序运行过程当中须要分配较大对象时，没法找到足够的连续内存而不得不提早触发另外一次垃圾收集动做。标记-清除算法的执行过程如图所示：

 

  

3. 复制算法

　　为了解决效率问题，一种称为“复制”（Copying）的收集算法出现了，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一块上面，而后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂状况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存便可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，未免过高了一点。复制算法的执行过程如图所示：

  

　　如今的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，IBM公司的专门研究代表，新生代中的对象98%是“朝生夕灭”的，因此并不须要按照 1:1 的比例来划份内存空间，而是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和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。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%的内存会被“浪费”。固然，98%的对象可回收只是通常场景下的数据，咱们没有办法保证每次回收都只有很少于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，须要依赖其余内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。

4. 标记-整理算法

　　复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操做，效率将会变低。更关键的是，若是不想浪费50%的空间，就须要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中全部对象都100%存活的极端状况，因此在老年代通常不能直接选用这种算法。

　　根据老年代的特色，有人提出了另一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法同样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让全部存活的对象都向一端移动，而后直接清理掉边界之外的内存，“标记-整理”算法的示意图以下：

 

5. 分代收集算法

　　当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法，这种算法并无什么新的思想，只是根据对象存活周期的不一样将内存划分为几块。通常是把Java堆分为新生代和老年代，这样就能够根据各个年代的特色采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少许存活，那就选用复制算法，只须要付出少许存活对象的复制成本就能够完成收集。而老年代中由于对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-清理”或者“标记-整理”算法来进行回收。

总结

 参考资料：

《深刻理解Java虚拟机 JVM高级特性与最佳实践》第二版