《深入理解Java虚拟机》读书笔记之——垃圾收集算法

1.1 标记-清除算法

思想：
如同它的名字一样，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（此处用的是可达性分析算法），在标记完成后统一回收所有被标记的对象。

缺点：
① 效率问题：标记和清除两个过程的效率都不高。
② 空间问题：标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

“标记-清除”算法示意图

1.2 复制算法

思想：
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外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

优点：
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情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。

缺点：
这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半，未免太高了一点。

复制算法示意图

现在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）。

具体扩展：
Java 中的堆是 JVM 所管理的最大的一块内存空间，主要用于存放各种类的实例对象。
在 Java 中，堆被划分成两个不同的区域：新生代 ( Young )、老年代 ( Old )。新生代 ( Young ) 又被划分为三个区域：Eden、From Survivor、To Survivor。这样划分的目的是为了使 JVM 能够更好的管理堆内存中的对象，包括内存的分配以及回收。堆的内存模型大致为：

1.3 标记-整理算法

思想：
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作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。
与标记-清除算法过程一样，只不过在标记后不是对未标记的内存区域进行清理，而是让所有的存活对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。该方法主要用于老年代。

“标记-整理”算法示意图

1.4 分代算法

目前商用虚拟机都使用“分代收集算法”，所谓分代就是根据对象生命周期的不同把内存分为几块，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选择合适的垃圾回收算法。

• 新生代：在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
• 老年代：老年代中因为对象存活率高、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。