JVM-GC算法（二）-复制算法&&标记整理算法

这次我和各位分享GC最后两种算法，复制算法以及标记/整理算法。上一篇在讲解标记/清除算法时已经提到过，这两种算法都是在此基础上演化而来的，究竟这两种算法优化了之前标记/清除算法的哪些问题呢？

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复制算法

　　我们首先一起来看一下复制算法的做法，复制算法将内存划分为两个区间，在任意时间点，所有动态分配的对象都只能分配在其中一个区间（称为活动区间），而另外一个区间（称为空闲区间）则是空闲的。 

　　当有效内存空间耗尽时，JVM将暂停程序运行，开启复制算法GC线程。接下来GC线程会将活动区间内的存活对象，全部复制到空闲区间，且严格按照内存地址依次排列，与此同时，GC线程将更新存活对象的内存引用地址指向新的内存地址。 

此时，空闲区间已经与活动区间交换，而垃圾对象现在已经全部留在了原来的活动区间，也就是现在的空闲区间。事实上，在活动区间转换为空间区间的同时，垃圾对象已经被一次性全部回收。 

听起来复杂吗？ 

　　其实一点也不复杂，有了上一篇文章的基础，相信各位理解这个算法不会费太多力气。给各位绘制一幅图来说明问题，如下所示。 

其实这个图依然是上一篇文章的例子，只不过此时内存被复制算法分成了两部分，下面我们看下当复制算法的GC线程处理之后，两个区域会变成什么样子，如下所示。 

可以看到，1和4号对象被清除了，而2、3、5、6号对象则是规则的排列在刚才的空闲区间，也就是现在的活动区间之内。此时左半部分已经变成了空闲区间，不难想象，在下一次GC之后，左边将会再次变成活动区间。 

　　很明显，复制算法弥补了标记/清除算法中，内存布局混乱的缺点。不过与此同时，它的缺点也是相当明显的。 

　　1、它浪费了一半的内存，这太要命了。 

　　2、如果对象的存活率很高，我们可以极端一点，假设是100%存活，那么我们需要将所有对象都复制一遍，并将所有引用地址重置一遍。复制这一工作所花费的时间，在对象存活率达到一定程度时，将会变的不可忽视。 

　　所以从以上描述不难看出，复制算法要想使用，最起码对象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我们必须要克服50%内存的浪费。

标记/整理算法

　　标记/整理算法与标记/清除算法非常相似，它也是分为两个阶段：标记和整理。下面LZ给各位介绍一下这两个阶段都做了什么。 

　　标记：它的第一个阶段与标记/清除算法是一模一样的，均是遍历GC Roots，然后将存活的对象标记。 

　　整理：移动所有存活的对象，且按照内存地址次序依次排列，然后将末端内存地址以后的内存全部回收。因此，第二阶段才称为整理阶段。 

　　它GC前后的图示与复制算法的图非常相似，只不过没有了活动区间和空闲区间的区别，而过程又与标记/清除算法非常相似，我们来看GC前内存中对象的状态与布局，如下图所示

 

这张图其实与标记/清楚算法一模一样，只是LZ为了方便表示内存规则的连续排列，加了一个矩形表示内存区域。倘若此时GC线程开始工作，那么紧接着开始的就是标记阶段了。此阶段与标记/清除算法的标记阶段是一样一样的，我们看标记阶段过后对象的状态，如下图。

没什么可解释的，接下来，便应该是整理阶段了。我们来看当整理阶段处理完以后，内存的布局是如何的，如下图。 

可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。 

　　不难看出，标记/整理算法不仅可以弥补标记/清除算法当中，内存区域分散的缺点，也消除了复制算法当中，内存减半的高额代价，可谓是一举两得，一箭双雕，一石两鸟啊！ 

　　不过任何算法都会有其缺点，标记/整理算法唯一的缺点就是效率也不高，不仅要标记所有存活对象，还要整理所有存活对象的引用地址。从效率上来说，标记/整理算法要低于复制算法。

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算法总结

　　这里博主给各位总结一下三个算法的共同点以及它们各自的优势劣势，让各位对比一下，想必会更加清晰。 

　　它们的共同点主要有以下两点： 

　　1、三个算法都基于根搜索算法去判断一个对象是否应该被回收，而支撑根搜索算法可以正常工作的理论依据，就是语法中变量作用域的相关内容。因此，要想防止内存泄露，最根本的办法就是掌握好变量作用域。 

　　2、在GC线程开启时，或者说GC过程开始时，它们都要暂停应用程序（stop the world）。 

　　它们的区别，我按照下面几点来给各位展示。（>表示前者要优于后者，=表示两者效果一样） 

　　效率：复制算法>标记/整理算法>标记/清除算法（此处的效率只是简单的对比时间复杂度，实际情况不一定如此）。 

　　内存整齐度：复制算法=标记/整理算法>标记/清除算法。 

　　内存利用率：标记/整理算法=标记/清除算法>复制算法。 

　　 

　　可以看到标记/清除算法是比较落后的算法了，但是后两种算法却是在此基础上建立的，俗话说“吃水不忘挖井人”，因此各位也莫要忘记了标记/清除这一算法前辈。而且，在某些时候，标记/清除也会有用武之地。

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结束语

　　到此，我们已经将三个算法了解清楚了，可以看出，效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存，而为了尽量兼顾上面所提到的三个指标，标记/整理算法相对来说更平滑一些，但效率上依然不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，又比标记/清除多了一个整理内存的过程。 

　　难道就没有一种最优算法吗？ 

　　当然是没有的，这个世界是公平的，任何东西都有两面性，试想一下，你怎么可能找到一个又漂亮又勤快又有钱又通情达理，性格又合适，家境也合适，身高长相等等等等都合适的女人？就算你找到了，至少有一点这个女人也肯定不满足，那就是多半不会恰巧又爱上了与LZ相似的各位苦逼猿友们。你是不是想说你比博主强太多了，那博主只想对你说，高富帅是不会爬在电脑前看技术文章的，0.0。 

　　但是古人就是给力，古人说了，找媳妇不一定要找最好的，而是要找最合适的，听完这句话，瞬间感觉世界美好了许多。 

　　算法也是一样的，没有最好的算法，只有最合适的算法。 

　　既然这三种算法都各有缺陷，高人们自然不会容许这种情况发生。因此，高人们提出可以根据对象的不同特性，使用不同的算法处理，类似于萝卜白菜各有所爱的原理。于是奇迹发生了，高人们终于找到了GC算法中的神级算法–分代收集算法