JVM垃圾回收算法

1. 概述

GC最基础的算法有三种：标记-清除、复制算法、标记-压缩。由于堆分为新生代和老年代，所以我们常用的垃圾回收器一般都采用分代收集算法。

 

• 标记-清除：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。
• 复制算法：将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块内存。当这一块内存用完时，就将还存活的对象复制到另外一块内存中，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
• 标记-压缩：标记过程与“标记-清除”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一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
• 分代收集算法：Java堆分为新生代和老年代，可以根据各个年代的特点采用最适当的垃圾回收算法。即分代收集算法是标记-清除算法、复制算法、标记-压缩算法的整合。

2. 标记-清除

“标记-清除”（Mark-Sweep）算法是最简单的收集算法，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所有被标记的对象（两次标记过程 - finalize()方法有一次复活机会，只有对象被真正宣告死亡，才会被标记为需要回收）。

 由于标记-清除算法并不会对结果进行压缩整理，导致内存中可分配部分都是一些零散的内存，所以使用标记-清除算法时，内存分配策略优先使用：基于空闲列表的方式分配内存。

 

3. 复制算法

“复制”（Copy）算法将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块内存。当这一块内存用完时，就将还存活的对象复制到另外一块内存中，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

 

优点：内存分配时不用考虑内存碎片等复杂情况，只需移动堆顶指针（采用“指针碰撞”方式进行内存分配），按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。

 

缺点：代价是将内存缩小为原来的一半。

 现在的商业虚拟机都采用复制算法来回收新生代（是否因为这个原因，新生代才会细分为Eden和两个Survivor？），IBM公司的专门研究表明，新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，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外一块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”。当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。

 

内存的分配担保指的是，如果另外一块Survivor空间没有足够空间存放上一次新生代收集后仍然存活的对象时，这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。

 

4. 标记-压缩

“标记-压缩”（Mark Compact）算法的标记过程与“标记-清除”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一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

 

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：根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块。一般把java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法（搭配分配担保），只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外空间对他进行分配担保，就必须使用“标记-清除”算法或“标记-整理”算法进行回收。