深刻理解JVM（四）——垃圾回收算法

    咱们都知道java语言与C语言最大的区别就是内存自动回收，那么JVM是怎么控制内存回收的，这篇文章将介绍JVM垃圾回收的几种算法，从而了解内存回收的基本原理。

stop the world

    在介绍垃圾回收算法以前，咱们须要先了解一个词“stop the world”，stop the world会在执行某一个垃圾回收算法的时候产生，JVM为了执行垃圾回收，会暂时java应用程序的执行，等垃圾回收完成后，再继续运行。若是你使用JMeter测试过java程序，你可能会发如今测试过程当中，java程序有不规则的停顿现象，其实这就是“stop the world”，停顿的时候JVM是在作垃圾回收。因此尽量减小stop the world的时间，就是咱们优化JVM的主要目标。接下来咱们看一下目前有哪些常见垃圾回收的算法。

引用计数法

引用计数法顾名思义，就是对一个对象被引用的次数进行计数，当增长一个引用计数就加1，减小一个引用计数就减1。

上图表示3个Teacher的引用指向堆中的Teacher对象，那么Teacher对象的引用计数就是3，以此类推Student对象的引用计数就是2。

 

上图表示Teacher对象的引用减小为2，Student对象的引用减小为0（减小的缘由是该引用指向了null，例如teacher3=null）,按照引用计数算法，Student对象的内存空间将被回收掉。

引用计数算法原理很是简单，是最原始的回收算法，可是java中没有使用这种算法，缘由有2。1是频繁的计数影响性能，2是它没法处理循环引用的问题。

例如Teacher对象中引用了Student对象，Student对象中又引用了Teacher对象，这种状况下，对象将永远没法被回收。

标记清除

标记清除算法，它是不少垃圾回收算法的基础，简单来讲有两个步骤：标记、清除。

标记：遍历全部的GC Roots，并将从GC Roots可达的对象设置为存活对象；

清除：遍历堆中的全部对象，将没有被标记可达的对象清除；

注意上图灰色的对象，由于从GC Root遍历不到它们（尽管它们自己有引用关系，但从GC Root没法遍历到它们），所以它们没有被标记为存活对象，在清除过程当中将会被回收。

这里须要注意的是标记清除算法执行过程当中，会产生“stop the world”，让java程序暂停等待以保证在标记清除的过程当中，不会有新的对象产生。为何必须暂停java程序呢？举个例子，若是在标记过程完成后，又新产生了一个对象，而该对象已经错过了标记期，那么在接下来的清除流程中，这个新产生的对象由于未被标记，因此将被视为不可达对象而被清除，这样程序就会出错，所以标记清除算法在执行时，java程序将被暂停，产生“stop the world”。

接下来咱们总结一下标记清除算法：

一、由于涉及大量的内存遍历工做，因此执行性能较低，这也会致使“stop the world”时间较长，java程序吞吐量下降；

二、咱们注意到对象被清除以后，被清除的对象留下内存的空缺位置，形成内存不连续，空间浪费。

接下来咱们看一下其余算法能不能改善这些问题？

标记压缩

标记压缩算法你可能已经想到了，它就是在标记清除算法的基础上，增长了压缩过程。

在进行完标记清除以后，对内存空间进行压缩，节省内存空间，解决了标记清除算法内存不连续的问题。

注意标记压缩算法也会产生“stop the world”，不能和java程序并发执行。在压缩过程当中一些对象内存地址会发生改变，java程序只能等待压缩完成后才能继续。

复制算法

    复制算法简单来讲就是把内存一分为二，但只使用其中一份，在垃圾回收时，将正在使用的那分内存中存活的对象复制到另外一份空白的内存中，最后将正在使用的内存空间的对象清除，完成垃圾回收。

 

 

    复制算法相对标记压缩算法来讲更简洁高效，但它的缺点也显而易见，它不适合用于存活对象多的状况，由于那样须要复制的对象不少，复制性能较差，因此复制算法每每用于内存空间中新生代的垃圾回收，由于新生代中存活对象较少，复制成本较低。它另一个缺点是内存空间占用成本高，由于它基于两分内存空间作对象复制，在非垃圾回收的周期内只用到了一分内存空间，内存利用率较低。

小结

    以上咱们介绍了常见的垃圾回收算法，这些算法各有各的优缺点，但在JVM中并非单纯的使用特定的算法，而是使用的一种叫垃圾回收器的东西，垃圾回收器能够看作一系列算法的不一样组合，在不一样的场景使用合适的垃圾回收器，才能起到事半功倍的效果。咱们下一篇将介绍垃圾回收器。

 

参考资料：

《实战Java虚拟机》 葛一鸣

《深刻理解Java虚拟机（第2版）》 周志明