Java基础：JVM垃圾回收算法

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参考：
Java基础：JVM垃圾回收算法
图解JVM垃圾回收算法

总结：

垃圾回收算法：

标记清除法
复制法
标记整理法
分代收集法

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1 如何确定某个对象是垃圾

引用计数法 可达性分析

引用计数法
引用计数法是最经典的一种垃圾回收算法。为每一个对象配备一个整型的计数器，其实现很简单，对于一个A对象，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计算器就加1，当引用失效时，引用计数器减1.只要A的引用计数器值为0，则对象A就不可能再被使用。
缺陷：

1） 无法处理循环引用的问题，因此在Java的垃圾回收器中，没有使用该算法。

2） 引用计数器要求在每次因引用产生和消除的时候，需要伴随一个加法操作和减法操作，对系统性能会有一定的影响。

可达性分析
了解决引用计数法的循环引用问题，Java使用了可达性分析的方法。
通过一系列的“GC roots”对象作为起点搜索。如果在“GC roots”和一个对象之间没有可达路径，则称该对象是不可达的。要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

比较常见的将对象视为可回收对象的原因：

显式地将对象的唯一强引用指向新的对象。
显式地将对象的唯一强引用赋值为Null。
局部引用所指向的对象（如，方法内对象）。
只有弱引用与其关联的对象

2 垃圾回收算法

1）标记-清除算法(Mark-Sweep)
最基础的垃圾回收算法，分为两个阶段，标注和清除。
标记阶段：标记出所有需要回收的对象，
清除阶段：回收被标记的对象所占用的空间。

缺点：内存碎片化严重，后续可能发生大对象不能找到可利用空间的问题。

注意：标记清除算法先通过根节点标记所有可达对象，然后清除所有不可达对象，完成垃圾回收。

2）复制算法(Copying)
将原有的内存空间分为两块相同的存储空间，每次只使用一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存块中存活对象复制到未使用的那一块内存空间中，之后清除正在使用的内存块中的所有对象，完成垃圾回收。

优点：这种算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片

缺点：可用内存被压缩到了原本的一半。而且如果内存空间中垃圾对象少的话，复制对象也是很耗时的，因此，单纯的复制算法也是不可取的。

3）标记-整理算法(Mark-Compact)
结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和Mark-Sweep算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。

标记压缩算法的最终效果等同于标记清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片的整理，因此也称之为标记清除压缩算法。

4）分代收集算法(Generational Collection)
分代收集法是目前大部分JVM所采用的方法，其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域。
一般情况下将GC堆划分为：

• 老生代(Tenured/Old Generation)：每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收
• 新生代(Young Generation)：每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收

因此可以根据不同区域选择不同的算法。

新生代都采取复制算法，因为复制的操作比较少，新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象。
一般将新生代划分为一块较大的Eden空间和两个较小的Survivor空间，每次使用Eden空间和其中的一块Survivor空间，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另一块Survivor空间中。

新生代

老生代因为每次只回收少量对象，因而采用Mark-Compact算法。

注意：不要忘记在Java基础：Java虚拟机(JVM)中提到过的处于方法区的永生代(Permanet Generation)。它用来存储class类，常量，方法描述等。对永生代的回收主要包括废弃常量和无用的类。

对象的内存分配主要在新生代的Eden Space和Survivor Space的From Space(Survivor目前存放对象的那一块)，少数情况会直接分配到老生代。当新生代的Eden Space和From Space空间不足时就会发生一次GC，进行GC后，Eden Space和From Space区的存活对象会被挪到To Space，然后将Eden Space和From Space进行清理。如果To Space无法足够存储某个对象，则将这个对象存储到老生代。在进行GC后，使用的便是Eden Space和To Space了，如此反复循环。当对象在Survivor区躲过一次GC后，其年龄就会+1。默认情况下年龄到达15的对象会被移到老生代中。

3 典型的垃圾收集器

圾收集算法是垃圾收集器的理论基础，而垃圾收集器就是其具体实现。

3.1. Serial/Serial Old

最古老的收集器，是一个单线程收集器，用它进行垃圾回收时，必须暂停所有用户线程。Serial是针对新生代的收集器，采用Copying算法；而Serial Old是针对老生代的收集器，采用Mark-Compact算法。优点是简单高效，缺点是需要暂停用户线程。

3.2. ParNew

Seral/Serial Old的多线程版本，使用多个线程进行垃圾收集。

3.3. Parallel Scavenge

新生代的并行收集器，回收期间不需要暂停其他线程，采用Copying算法。该收集器与前两个收集器不同，主要为了达到一个可控的吞吐量。

3.4. Parallel Old

Parallel Scavenge的老生代版本，采用Mark-Compact算法和多线程。

3.5. CMS

Current Mark Sweep收集器是一种以最小回收时间停顿为目标的并发回收器，因而采用Mark-Sweep算法。

3.6. G1

G1(Garbage First)收集器技术的前沿成果，是面向服务端的收集器，能充分利用CPU和多核环境。是一款并行与并发收集器，它能够建立可预测的停顿时间模型。