GC算法基礎

GC算法：基礎篇

在深刻GC算法的實現細節以前，咱們最好先來了解下相關術語及背後的基本原理。不一樣回收器的實現細節各有不一樣，但總的來講基本全部的回收器都會關注以下兩個方面：

• 找出全部的存活對象
• 清理掉全部的其它對象——也就是那些被認爲是廢棄或無用的對象。

首先，全部回收器都會經過一個標記過程來對存活對象進行統計。

標記可達對象

JVM中用到的全部現代GC算法在回收前都會先找出全部仍存活的對象。下圖中所展現的JVM中的內存佈局能夠用來很好地闡釋這一律念：

首先，垃圾回收器將某些特殊的對象定義爲GC根對象。所謂的GC根對象包括：

• 當前執行方法中的全部本地變量及入參
• 活躍線程
• 已加載類中的靜態變量
• JNI引用

接下來，垃圾回收器會對內存中的整個對象圖進行遍歷，它先從GC根對象開始，而後是根對象引用的其它對象，好比實例變量。回收器將訪問到的全部對象都標記爲存活。

存活對象在上圖中被標記爲藍色。當標記階段完成了以後，全部的存活對象都已經被標記完了。其它的那些（上圖中灰色的那些）也就是GC根對象不可達的對象，也就是說你的應用不會再用到它們了。這些就是垃圾對象，回收器將會在接下來的階段中清除它們。

關於標記階段有幾個關鍵點是值得注意的：

• 開始進行標記前，須要先暫停應用線程，不然若是對象圖一直在變化的話是沒法真正去遍歷它的。暫停應用線程以便JVM能夠盡情地收拾家務的這種狀況又被稱之爲安全點（Safe Point），這會觸發一次Stop The World(STW)暫停。觸發安全點的緣由有許多，但最多見的應該就是垃圾回收了。
• 暫停時間的長短並不取決於堆內對象的多少也不是堆的大小，而是存活對象的多少。所以，調高堆的大小並不會影響到標記階段的時間長短。

當標記階段完成後，GC開始進入下一階段，刪除不可達對象。

刪除無用對象

不一樣的GC算法在刪除無用對象上的作法會有所不一樣，不過大體上能夠爲分三類：清除（Sweeping)，整理/壓縮(Compacting)以及拷貝(Copying)。下面的幾節將會詳細介紹下這幾種算法的不一樣。

清除

從概念上來說，標記-清除算法使用的方法是最簡單的，只須要忽略這些對象即可以了。也就是說當標記階段完成以後，未被訪問到的對象所在的空間都會被認爲是空閒的，能夠用來建立新的對象。

這種方法須要使用一個空閒列表來記錄全部的空閒區域以及大小。對空閒列表的管理會增長分配對象時的工做量。這種方法還有一個缺陷就是——雖然空閒區域的大小是足夠的，但卻可能沒有一個單一區域可以知足此次分配所需的大小，所以本次分配仍是會失敗（在Java中就是一次OutOfMemoryError）。

整理

標記-清除-整理算法修復了標記-清除算法的短板——它將全部標記的也就是存活的對象都移動到內存區域的開始位置。這種方法的缺點就是GC暫停的時間會增加，由於你須要將全部的對象都拷貝到一個新的地方，還得更新它們的引用地址。相對於標記-清除算法，它的優勢也是顯而易見的——通過整理以後，新對象的分配只須要經過指針碰撞便能完成（pointer bumping），至關簡單。使用這種方法空閒區域的位置是始終可知的，也不會再有碎片的問題了。

複製

標記-複製算法與標記-整理算法很是相似，它們都會將全部存活對象從新進行分配。區別在於從新分配的目標地址不一樣，複製算法是爲存活對象分配了另外的內存區域做爲它們的新家。標記複製算法的優勢在於標記階段和複製階段能夠同時進行。它的缺點是須要一塊能容納下全部存活對象的額外的內存空間。

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