GC算法

一。引用計數算法

　　比較古老的回收算法。原理是此對象有一個引用，即增長一個計數，刪除一個引用則減小一個計數。

　　垃圾回收時，只用收集計數爲0的對象。此算法最致命的是沒法處理循環引用的問題。

　　兩種實現方式

　　侵入式與非侵入性，引用計數算法的垃圾收集通常有侵入式與非侵入式兩種，侵入式的實現就是將引用計數器直接根植在對象內部，用C++的思想進行解釋就是，在對象的構造或者拷貝構造中進行加一操做，在對象的析構中進行減一操做，非侵入式恩想就是有一塊單獨的內存區域，用做引用計數器

圖解說明以下：

 

 

優勢：引用計數器實現簡單，效率高

缺點：它很難解決對象之間相互循環引用的問題，同時每次計數器的增長和減小都帶來了不少額外的開銷，因此在JDK1.1以後，這個算法已經再也不使用了。

（對象之間相互循環引用：例如一個父對象持有一個子對象的引用，子對象也持有父對象的引用，這種狀況下，父子對象將一直存在於JVM的堆中，沒法進行回收）

 

二。根搜索算法

定義：根搜索方法是經過一些「GC Roots」對象做爲起點，從這些節點開始往下搜索，搜索經過的路徑成爲引用鏈（Reference Chain），當一個對象沒有被GC Roots的引用鏈鏈接的時候，說明這個對象是不可用的，這樣的對象被斷定爲是可回收的。

java中能夠做爲GC Roots對象包括如下幾種：

　　1.虛擬機棧（棧幀中的本地變量表）中的引用對象。

　　2.方法區中的類靜態屬性引用的對象。

　　3.方法區中的常量引用的對象。

　　4.本地方法棧中JNI(也即通常說的Native方法)的引用的對象。

根搜索算法判斷對象是否存活與引用有關。java將引用分爲四類：強引用、軟引用、弱引用、虛引用，這四種引用強度依次逐步減弱。

　　強引用：就是咱們通常聲明對象是時虛擬機生成的引用，強引用環境下，垃圾回收時須要嚴格判斷當前對象是否被強引用，若是被強引用，則不會被垃圾回收。

　　軟引用:軟引用通常被作爲緩存來使用。與強引用的區別是，軟引用在垃圾回收時，虛擬機會根據當前系統的剩餘內存來決定是否對軟引用進行回收。若是剩餘內存比較緊張，則虛擬機會回收軟引用所引用的空間；若是剩餘內存相對富裕，則不會進行回收。換句話說，虛擬機在發生OutOfMemory時，確定是沒有軟引用存在的。

　　弱引用：弱引用與軟引用相似，都是做爲緩存來使用。但與軟引用不一樣，弱引用在進行垃圾回收時，是必定會被回收掉的，所以其生命週期只存在於一個垃圾回收週期內。

　　虛引用：與其餘幾種引用都不一樣，虛引用並不會決定對象的生命週期。若是一個對象僅持有虛引用，那麼它就和沒有任何引用同樣，在任什麼時候候均可能被垃圾回收器回收。它不能單獨使用，必須和引用隊列聯合使用。虛引用的主要做用是跟蹤對象被垃圾回收的狀態。

圖解說明以下所示:

　　

 

具體解析：

　　根搜索算法中不可達的對象並不是「非死不可」，這時候它們暫時處於「緩刑」階段，真正宣告一個對象死亡，至少要經歷兩次標記過程。若是經過根搜索後發現沒有與GC Roots相連的引用鏈相連。它將會被第一次標記而且會進行篩選，當對象沒有覆蓋finalize（）方法，或者finalize（）方法已經被虛擬機調用過，虛擬機將這兩種狀況都視爲沒有必要執行finalize（）方法。

　　若是這個對象被斷定爲有必要執行finalize（）方法，那麼這個對象將會被放置在一個名爲F-Queue的隊列之中，並在稍後有一條虛擬機自動創建、低優先級的 finalize的線程去執行。虛擬機會觸發finalize（）方法，但並不承諾等待它執行結束。finalize（）方法是對象逃脫死亡的最後一次F-Queue中的對象機會。GC將會對F-QUEUEF-Queue中的對象進行第二次小規模的標記，若是某個對象從新與GC Roots引用鏈上的對象創建關聯關係，那麼第二次標記時它將被移除F-Queue。

　　任何一個對象的finalize()方法都只會被系統自動調用一次，若是對象面臨下一次回收，它的finalize（）方法不會被再次執行。

 

三。標記-清除算法

　　定義：標記清除算法是最基礎的收集算法，其餘收集算法都是基於這種思想。標記清除算法分爲「標記」和「清除」兩個階段：首先標記出須要回收的對象，標記完成以後統一清除對象。

 　算法過程：

   　標記-清除算法是現代垃圾回收算法的思想基礎。標記-清除算法將垃圾回收分爲兩個階段：

　　標記階段和清除階段。一種可行的實現是，在標記階段，首先經過根節點，標記全部從根節點開始的可達對象。

　　所以，未被標記的對象就是未被引用的垃圾對象；而後，在清除階段，清除全部未被標記的對象。

　　圖解說明一下：

　

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　標記-清除算法詳解：

　　它的作法是當堆中的有效內存空間（available memory）被耗盡的時候，就會中止整個程序（也被成爲stop the world），而後進行兩項工做，第一項則是標記，第二項則是清除。

• • 標記：標記的過程其實就是，遍歷全部的GC Roots，而後將全部GC Roots可達的對象標記爲存活的對象。
  • 清除：清除的過程將遍歷堆中全部的對象，將沒有標記的對象所有清除掉。

　　也就是說，就是當程序運行期間，若可使用的內存被耗盡的時候，GC線程就會被觸發並將程序暫停，隨後將依舊存活的對象標記一遍，最終再將堆中全部沒被標記的對象所有清除掉，接下來便讓程序恢復運行。

 

 

　　標記-清除算法的缺點：

　　（1）效率低：效率比較低（遞歸與全堆對象遍歷），致使stop the world的時間比較長，尤爲對於交互式的應用程序來講簡直是沒法接受。

　　（2）空間問題：這種方式清理出來的空閒內存是不連續的，這點不難理解，咱們的死亡對象都是隨即的出如今內存的各個角落的，如今把它們清除以後，內存的佈局天然會亂七八糟。而爲了應付這一點，JVM就不得不維持一個內存的空閒列表，這又是一種開銷。並且在分配數組對象的時候，尋找連續的內存空間會不太好找。

 

四。複製算法

將內存平均分紅A、B兩塊，算法過程：

　　1. 新生對象被分配到A塊中未使用的內存當中。當A塊的內存用完了， 把A塊的存活對象對象複製到B塊。

　　2. 清理A塊全部對象。

　　3. 新生對象被分配的B塊中未使用的內存當中。當B塊的內存用完了， 把B塊的存活對象對象複製到A塊。

　　4. 清理B塊全部對象。

　　5. goto 1。

　　優勢：簡單高效。缺點：內存代價高，有效內存爲佔用內存的一半。

圖解說明以下所示:（圖中後觀是一個循環過程）

對複製算法進一步優化：使用Eden/S0/S1三個分區

平均分紅A/B塊太浪費內存，採用Eden/S0/S1三個區更合理，空間比例爲Eden:S0:S1==8:1:1，有效內存（便可分配新生對象的內存）是總內存的9/10。

算法過程：

1. Eden+S0可分配新生對象；

2. 對Eden+S0進行垃圾收集，存活對象複製到S1。清理Eden+S0。一次新生代GC結束。

3. Eden+S1可分配新生對象；

4. 對Eden+S1進行垃圾收集，存活對象複製到S0。清理Eden+S1。二次新生代GC結束。

5. goto 1。

 

默認Eden:S0:S1=8:1:1,所以，新生代中可使用的內存空間大小佔用新生代的9/10,那麼有人就會問，爲何不直接分紅兩個區，一個區佔9/10,另外一個區佔1/10，這樣作的緣由大概有如下幾種

1.S0與S1的區間明顯較小，有效新生代空間爲Eden+S0/S1，所以有效空間就大，增長了內存使用率

2.有利於對象代的計算，當一個對象在S0/S1中達到設置的XX:MaxTenuringThreshold值後，會將其分到老年代中，設想一下，若是沒有S0/S1,直接分紅兩個區，該如何計算對象通過了多少次GC還沒被釋放,你可能會說，在對象里加一個計數器記錄通過的GC次數，或者存在一張映射表記錄對象和GC次數的關係，是的，能夠，可是這樣的話，會掃描整個新生代中的對象, 有了S0/S1咱們就能夠用S0/S1記錄對象通過的代數【固然這取決於具體的Java虛擬機的實現了】

 

 

五。標記-整理算法

　　定義：標記-壓縮算法適合用於存活對象較多的場合，如老年代。它在標記-清除算法的基礎上作了一些優化。和標記-清除算法同樣，標記-壓縮算法也首先須要從根節點開始，對全部可達對象作一次標記；但以後，它並不簡單的清理未標記的對象，而是將全部的存活對象壓縮到內存的一端；以後，清理邊界外全部的空間。

　　算法過程：

• 標記：它的第一個階段與標記/清除算法是如出一轍的，均是遍歷GC Roots，而後將存活的對象標記。
• 整理：移動全部存活的對象，且按照內存地址次序依次排列，而後將末端內存地址之後的內存所有回收。所以，第二階段才稱爲整理階段。

 

　　　　　　　　　　　　

　　

上圖中能夠看到，標記的存活對象將會被整理，按照內存地址依次排列，而未被標記的內存會被清理掉。如此一來，當咱們須要給新對象分配內存時，JVM只須要持有一個內存的起始地址便可，這比維護一個空閒列表顯然少了許多開銷。

標記/整理算法不只能夠彌補標記/清除算法當中，內存區域分散的缺點，也消除了複製算法當中，內存減半的高額代價。

• 可是，標記/整理算法惟一的缺點就是效率也不高。

不只要標記全部存活對象，還要整理全部存活對象的引用地址。從效率上來講，標記/整理算法要低於複製算法。（具體效果，須要根據實際狀況而定）

 

六。分代收集算法

　　

　　當前商業虛擬機的GC都是採用的「分代收集算法」，這並非什麼新的思想，只是根據對象的存活週期的不一樣將內存劃分爲幾塊兒。通常是把Java堆分爲新生代和老年代：短命對象歸爲新生代，長命對象歸爲老年代。

• 新生代： 全部新生成的對象首先都是放在年輕代的。年輕代的目標就是儘量快速的收集掉那些生命週期短的對象。年輕代分三個區。一個Eden區，兩個Survivor區(通常而言)。大部分對象在Eden區中生成。當Eden區滿時，還存活的對象將被複制到Survivor區（兩個中的一個），當這個Survivor區滿時，此區的存活對象將被複制到另一個Survivor區，當這個Survivor去也滿了的時候，從第一個Survivor區複製過來的而且此時還存活的對象，將被複制「年老區(Tenured)」。須要注意，Survivor的兩個區是對稱的，沒前後關係，因此同一個區中可能同時存在從Eden複製過來 對象，和從前一個Survivor複製過來的對象，而複製到年老區的只有從第一個Survivor去過來的對象。並且，Survivor區總有一個是空的。同時，根據程序須要，Survivor區是能夠配置爲多個的（多於兩個），這樣能夠增長對象在年輕代中的存在時間，減小被放到年老代的可能。
• 老年代：大量對象存活，適合用標記-清理/標記-整理；由於對象存活率高、沒有額外空間對他進行分配擔保，就必須使用「標記-清理」/「標記-整理」算法進行GC。
• 持久代：基本固定不變，用於存放靜態文件，例如Java類和方法。持久代對GC沒有顯著的影響。持久代能夠經過-XX:MaxPermSize=<N>進行設置。

　　

 

注：老年代的對象中，有一小部分是由於在新生代回收時，老年代作擔保，進來的對象；絕大部分對象是由於不少次GC都沒有被回收掉而進入老年代。

 

七。串行收集（拓展）

　　串行收集使用單線程處理全部垃圾回收工做，由於無需多線程交互，實現容易，並且效率比較高。可是，其侷限性也比較明顯，即沒法使用多處理器的優點，因此此收集適合單處理器機器。固然，此收集器也能夠用在小數據量（100M左右）狀況下的多處理器機器上。

八。並行收集（拓展）

　　並行收集使用多線程處理垃圾回收工做，於是速度快，效率高。並且理論上CPU數目越多，越能體現出並行收集器的優點。

九。併發收集（拓展）

　　相對於串行收集和並行收集而言，前面兩個在進行垃圾回收工做時，須要暫停整個運行環境，而只有垃圾回收程序在運行，所以，系統在垃圾回收時會有明顯的暫停，並且暫停時間會由於堆越大而越長。