jvm垃圾回收算法

前言

java相較於c、c++語言的優點之一是自帶垃圾回收器，程序開發人員不用手動管理內存，內存的分配和釋放徹底由gc(Garbage Collector)來作，極大地提升了軟件開發效率及程序健壯性（手動管理內存容易形成內存泄漏）。凡事皆有兩面性，java gc在給咱們帶來內存管理便捷性的同時，也面臨STW(Stop The World)影響程序吞吐的缺陷。做爲java開發人員，只有深刻理解jvm垃圾回收的機制，才能在程序性能出現瓶頸時，更好的對程序進行優化。

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垃圾肯定

在垃圾回收以前，jvm須要肯定哪些對象已死，即須要當作垃圾被回收。垃圾確認的方法傳統的有引用計數法：用一個引用計數器來標記對象當前的引用次數，當引用計數爲0時，對象可回收。這種方法有個弊端是沒法解決循環引用的問題，如兩個對象相互引用則它們永遠不會釋放。另一種方法是可達性分析算法，目前主流的語言（java、c#、golang等）都是採用這種方法來斷定一個對象是否存活。可達性分析算法的思路是：將一系列根對象做爲起點，沿着這些起點向下搜索，搜索通過的全部路徑成爲引用鏈，沒有在引用鏈中的對象則爲不可達對象，這類對象會被判斷爲可回收對象。可達性分析圖以下：

可達性分析

標記-清除算法（Mark-Sweep）

標記清除算法是最基礎的收集算法，顧名思義，算法分爲兩個階段：首先標記須要回收的對象，而後統一回收全部被標記的對象。這種垃圾回收算法比較簡單，可是存在兩個不足之處：一個是效率問題，標記和清除都須要掃描整個內存空間的對象，效率較低；另外一個是標記清除後會產生大量的內存碎片。標記-清除算法流程以下所示：

標記-清除算法

複製算法

爲了解決上面的效率和內存碎片問題，有人提出了「複製」算法，它的思路是將內存一分爲二，每次分配對象時只使用其中一半內存空間，當一塊內存空間用完時，就將該塊內存空間上存活的對象複製到另一塊內存上，而後將已使用過的內存空間一次清理掉，這樣每次只對一半的內存進行回收，同時也解決了內存碎片的問題。一樣，複製算法也有很明顯的缺點：1. 犧牲了一半的內存空間，內存利用率最大也就50%；2. 當內存中存活的對象較多時，會進行大量的複製操做，效率會較低。複製算法的執行過程以下所示：

複製算法

標記-整理算法（Mark-Compact）

複製算法在存在大量存活對象的狀況下效率低下，更關鍵的是50%的內存空間得不到利用，若是存活對象過多，內存空間可能不夠，則須要額外的空間做爲擔保，所以，對於老年代不適合使用這種算法（新生代有老年代作擔保）。

所以，根據老年代的特色，有人提出了「標記-整理」算法，標記-整理算法和標記-清除算法的第一步相同，即對全部須要回收的對象進行標記，不一樣的是，標記-整理算法在第二階段並非直接對可回收的對象進行清理，而是將全部存活的對象向一端移動，而後一把清理掉存活邊界以外的內存。這種算法結合了標記-清除和複製算法的思想，即未浪費內存也避免了內存碎片的產生。「標記-整理」算法以下所示：

標記-整理算法

分代收集算法

分代收集並無什麼創新之處，這種算法只是將jvm堆內存分爲不一樣的區域，再根據區域的特色採用不一樣的垃圾回收算法。通常分爲新生代和老年代，新生代在再細分爲Eden和Survivor區（8:1），在新生代中，對象的存活率低，所以採用「複製」算法，將Edian區存活的對象複製到Survivor區，而老年代中對象存活率高且沒有額外的中間作擔保，所以採用「標記-清除」或者「標記-整理」算法來進行垃圾回收。

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