Java虚拟机-初识GC

对象的结构

一般来说，对象由头(head)和域(field)两个部分组成，如下图所示

对象结构
其中head主要包含了对象的大小，种类以及一些gc需要信息。field主要用于存储对象中可访问的部分，也就是我们平时看到的对象的方法变量之类的

对象的生与死

目前主要的对象判活算法有 可达性分析算法 和 引用计数算法

• 可达性分析算法通过从 GC Roots 开始向下搜索，如果一个对象没有在引用链上存在时，则判定对象可以被回收
• 引用计数算法通过给对象添加一个引用计数器，通过引用计数判断对象是否存活，由于引用计数算法无法解决循环引用的问题，主流的Java虚拟机都没有采用这种方法。但是由于其实现方便，效率高的特点，可以作为一种辅助手段存在

对象的生活环境

就像人类的社会有资本主义和社会主义的划分，对象的生活环境也不相同。目前常见的垃圾回收算法有 标记清除算法(mark-sweep)，标记压缩算法(mark-compact)，复制算法(copying)

• mark-sweep分为 mark 和 sweep 两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，然后统一回收这部分对象。
• mark-compact在标记阶段与mark-sweep相同，但是后续会将对象向堆的一端移动，并清除边界外的所有对象。
• copying将可用内存分成两个部分，一块内存使用完了之后将活着的对象移动到另一块内存，再把使用过的内存一次清理掉。

时间开销

• mark-sweep: mark阶段与活对象的数量成正比，sweep阶段与整堆大小成正比（不需要移动对象，开销比compact小）
• mark-compact: mark阶段与活对象的数量成正比，compact阶段与活对象的大小成正比
• copying: 与活对象成正比

空间开销

• mark-sweep: 小（产生碎片）
• mark-compact: 小（不产生碎片）
• copying: 通常需要活对象的2倍大小（不产生碎片）

分配对象开销

mark-sweep由于有内存碎片的存在，分配对象需要通过查询当前内存使用情况，选择一块适合的内存分配，因此mark-sweep在分配内存的时候存在额外的时间开销。而mark-compact和copying分配对象不需要考虑这种情况

对象的辈分

一般情况下将Java堆分为 新生代，老年代
对象的分配优先放在新生代，新生代在一段时间内会有大量的临时对象产生，因此存活的对象比较少，比较适合copying算法。对象在经过一定次数的copying gc之后会升级到老年代。老年代一般采用mark-sweep和mark-compact算法，正常情况下运行的是mark-sweep，在内存碎片达到一定程度的时候启动mark-compact。大对象直接存放到老年代。

参考：

1. 并发垃圾收集器（CMS）为什么没有采用标记-整理算法来实现？
2. 深入理解Java虚拟机