JVM垃圾回收算法

什麼是垃圾回收

程序的運行必然須要申請內存資源，無效的對象資源若是不及時處理就會一直佔有內存資源，最終將致使內存溢出，因此對內存資源的管理是很是重要了。
爲了讓程序員更專一於代碼的實現，而不用過多的考慮內存釋放的問題，因此，在Java語言中，有了自動的垃圾回收機制，也就是咱們熟悉的GC。

有了垃圾回收機制後，程序員只須要關心內存的申請便可，內存的釋放由系統自動識別完成。換句話說，自動的垃圾回收的算法就會變得很是重要了，若是由於算法的不合理，致使內存資源一直沒有釋放，一樣也可能會致使內存溢出的。

垃圾回收的常見算法

自動化的管理內存資源，垃圾回收機制必需要有一套算法來進行計算，哪些是有效的對象，哪些是無效的對象，對於無效的對象就要進行回收處理。
常見的垃圾回收算法有：引用計數法、標記清除法、標記壓縮法、複製算法、分代算法等。

引用計數法

引用計數是歷史最悠久的一種算法，最先George E. Collins在1960的時候首次提出，50年後的今天，該算法依然被不少編程語言使用

1.原理
假設有一個對象A，任何一個對象對A的引用，那麼對象A的引用計數器+1，當引用失敗時，對象A的引用計數器就-1，若是對象A的計數器的值爲0，就說明對象A沒有引用了，能夠被回收。

2.優缺點

優勢：

• 實時性較高，無需等到內存不夠的時候，纔開始回收，運行時根據對象的計數器是否爲0，就能夠直接回收
• 在垃圾回收過程當中，應用無需掛起。若是申請內存時，內存不足，則馬上報outofmember 錯誤
• 區域性，更新對象的計數器時，只是影響到該對象，不會掃描所有對象

缺點：

• 每次對象被引用時，都須要去更新計數器，有一點時間開銷
• 浪費CPU資源，即便內存夠用，仍然在運行時進行計數器的統計
• 沒法解決循環引用問題（最大的缺點）

什麼是循環引用？

class TestA{
    public TestB b;
}
class TestB{ 
    public TestA a;
}
public class Test {
    public static void main(String[] args) {
        TestA a=new TestA();
        TestB b=new TestB();
        a.b=b;
        b.a=a;
        a=null;
        b=null;
    }
}

雖然a和b都爲null，可是因爲a和b存在循環引用，這樣a和b永遠都不會被回收。

標記清除法

標記清除算法，是將垃圾回收分爲2個階段，分別是標記和清除。

• 標記：從根節點開始標記引用的對象
• 清除：未被標記引用的對象就是垃圾對象，能夠被清理

1.原理

這張圖表明的是程序運行期間全部對象的狀態，它們的標誌位所有是0（也就是未標記，如下默認0就是未標記，1爲已標記），假設這會兒有效內存空間耗盡了，JVM將會中止應用程序的運行並開啓GC線程，而後開始進行標記工做，按照根搜索算法，標記完之後，對象的狀態以下圖。

能夠看到，按照根搜索算法，全部從root對象可達的對象就被標記爲了存活的對象，此時已經完成了第一階段標記。接下來，就要執行第二階段清除了，那麼清除完之後，剩下的對象以及對象的狀態以下圖所示。

能夠看到，沒有被標記的對象將會回收清除掉，而被標記的對象將會留下，而且會將標記位從新歸0。接下來就不用說了，喚醒中止的程序線程，讓程序繼續運行便可。

2.優缺點
能夠看到，標記清除算法解決了引用計數算法中的循環引用的問題，沒有從root節點引用的對象都會被回收。一樣，標記清除算法也是有缺點的：

• 效率較低，標記和清除兩個動做都須要遍歷全部的對象，而且在GC時，須要中止應用程序，對於交互性要求比較高的應用而言這個體驗是很是差的。
• 經過標記清除算法清理出來的內存，碎片化較爲嚴重，由於被回收的對象可能存在於內存的各個角落，因此清理出來的內存是不連貫的。

標記壓縮算法

標記壓縮算法是在標記清除算法的基礎之上，作了優化改進的算法。和標記清除算法同樣，也是從根節點開始，對對象的引用進行標記，在清理階段，並非簡單的清理未標記的對象，而是將存活的對象壓縮到內存的一端，而後清理邊界之外的垃圾，從而解決了碎片化的問題。

1.原理

2.優缺點
優缺點同標記清除算法，解決了標記清除算法的碎片化的問題，同時，標記壓縮算法多了一步，對象移動內存位置的步驟，其效率也有有必定的影響。

複製算法

複製算法的核心就是，將原有的內存空間一分爲二，每次只用其中的一塊，在垃圾回收時，將正在使用的對象複製到另外一個內存空間中，而後將該內存空間清空，交換兩個內存的角色，完成垃圾的回收。

若是內存中的垃圾對象較多，須要複製的對象就較少，這種狀況下適合使用該方式而且效率比較高，反之，則不適合。

1.JVM中年輕代內存空間

• 在GC開始的時候，對象只會存在於Eden區和名爲「From」的Survivor區，Survivor區「To」是空的。
• 緊接着進行GC，Eden區中全部存活的對象都會被複制到「To」，而在「From」區中，仍存活的對象會根據他們的年齡值來決定去向。年齡達到必定值(年齡閾值，能夠經過-XX:MaxTenuringThreshold來設置)的對象會被移動到年老代中，沒有達到閾值的對象會被複制到「To」區域。
• 通過此次GC後，Eden區和From區已經被清空。這個時候，「From」和「To」會交換他們的角色，也就是新的「To」就是上次GC前的「From」，新的「From」就是上次GC前的「To」。無論怎樣，都會保證名爲To的Survivor區域是空的。
• GC會一直重複這樣的過程，直到「To」區被填滿，「To」區被填滿以後，會將全部對象移動到年老代中。

2.優缺點
優勢：

• 在垃圾對象多的狀況下，效率較高
• 清理後，內存無碎片

缺點：

• 在垃圾對象少的狀況下，不適用，如：老年代內存
• 分配的2塊內存空間，在同一個時刻，只能使用一半，內存使用率較低

分代算法

前面介紹了多種回收算法，每一種算法都有本身的優勢也有缺點，誰都不能替代誰，因此根據垃圾回收對象的特色進行選擇，纔是明智的選擇。

分代算法其實就是這樣的，根據回收對象的特色進行選擇，在jvm中，年輕代適合使用複製算法，老年代適合使用標記清除或標記壓縮算法。