垃圾回收算法

文章目录

• 垃圾回收算法
• • 标记-清除算法
  • 标记-复制算法
  • • Appel式回收:
  • 标记整理算法
  • 混合使用

标记-清除算法

标记-清除算法是最早出席那也是最基础的垃圾收集算法，是1960年由Lisp之父John McCarthy所提出。

如它的名字 一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：

• 首先标记处所有需要回收的对象
• 标记完成后，统一回收掉所有被标记的对象

之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法大多都是以标记-清除算法为基础，对其 缺点进行改进而得到的。

标记-清除算法缺点：

• 执行效率不稳定，如果Java堆中包含对象对象，而且其中大部分都是需要回收的，这时必须进行大量标记和清除的动作，导致标记和清除两个过 程的执行效率都随对象数量增长而降低；
• 内存空间的碎片化问题，标记、清除之后会产生大 量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致当以后在程序运行过程中需要分配较大对象时无法找 到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

标记-复制算法

标记-复制算法常被简称为复制算法。

为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低 的问题，1969年Fenichel提出了一种称为“半区复制”（Semispace Copying）的垃圾收集算法，它将可用 内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着 的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

如果内存中多数对象都是存 活的，这种算法将会产生大量的内存间复制的开销，但对于多数对象都是可回收的情况，算法需要复 制的就是占少数的存活对象，而且每次都是针对整个半区进行内存回收，分配内存时也就不用考虑有 空间碎片的复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配即可。这样实现简单，运行高效，不过其缺陷 也显而易见，这种复制回收算法的代价是将可用内存缩小为了原来的一半，空间浪费未免太多了一 点。

现在的商用Java虚拟机大多都优先采用了这种收集算法去回收新生代，IBM公司曾有一项专门研 究对新生代“朝生夕灭”的特点做了更量化的诠释——新生代中的对象有98%熬不过第一轮收集。因此 并不需要按照1∶1的比例来划分新生代的内存空间。

Appel式回收:

Appel式回收的具体做法是把新生代分为一块较大的Eden空间和两块较小的 Survivor空间，每次分配内存只使用Eden和其中一块Survivor。发生垃圾搜集时，将Eden和Survivor中仍 然存活的对象一次性复制到另外一块Survivor空间上，然后直接清理掉Eden和已用过的那块Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8∶1。

也即每次新生代中可用内存空间为整个新 生代容量的90%（Eden的80%加上一个Survivor的10%），只有一个Survivor空间，即10%的新生代是会 被“浪费”的。当然，98%的对象可被回收仅仅是“普通场景”下测得的数据，任何人都没有办法百分百 保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，因此Appel式回收还有一个充当罕见情况的“逃生门”的安 全设计，当Survivor空间不足以容纳一次Minor GC之后存活的对象时，就需要依赖其他内存区域（实际上大多就是老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。

标记整理算法

标记-复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会降低。更关键的是，如果 不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存 活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。

针对老年代对象的存亡特征，1974年Edward Lueders提出了另外一种有针对性的“标记-整 理”（Mark-Compact）算法，其中的标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可 回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的内 存，

标记-清除算法与标记-整理算法的本质差异在于前者是一种非移动式的回收算法，而后者是移动 式的。是否移动回收后的存活对象是一项优缺点并存的风险决策

如果移动存活对象，尤其是在老年代这种每次回收都有大量对象存活区域，移动存活对象并更新 所有引用这些对象的地方将会是一种极为负重的操作，而且这种对象移动操作必须全程暂停用户应用 程序才能进行，这就更加让使用者不得不小心翼翼地权衡其弊端了，像这样的停顿被最初的虚拟机 设计者形象地描述为“Stop The World”

混合使用

虚拟机平时多数时间采用标记-清除算法，暂时容忍内存碎片的存在，知道内存空间的碎片化程度已经大到影响对象分配时，再采用标记整理算法手机一次，以获得规整的内存空间

CMS收集器面临空间碎片过多时采用的就是这种处理办法。