JVM03——四种垃圾回收算法，你都了解了哪几种

在之前的文章中，已经为各位带来了JVM的内存结构与堆内存的相关介绍，今天将为为各位详解JVM垃圾回收与算法。关注我的公众号「Java面典」了解更多 Java 相关知识点。

如何确定垃圾

想要回收垃圾，必须得先知道，哪些对象可以被认定为垃圾。关于垃圾确定方式，主要有两种，分别是引用计数法与可访问性分析法，其原理分别如下：

引用计数法

在 Java 中，引用与对象相关联，如果要操作对象，则必须使用引用。因此，可以通过引用计数来确定对象是否可以回收。实现原则是，如果一个对象被引用一次，计数器 +1，反之亦然。当计数器为 0 时，该对象不被引用，则该对象被视为垃圾，并且可以被 GC 回收利用。

可达性分析

为了解决引用计数法的循环引用问题，Java 采用了可达性分析的方法。其实现原理是，将一系列"GCroot"对象作为搜索起点。如果在"GCroot"和一个对象之间没有可达的路径，则该对象被认为是不可访问的。

要注意的是，不可达对象不等价于可回收对象，不可达对象变为可回收对象至少要经过两次标记过程。两次标记后仍然是可回收对象，则将面临回收。

垃圾回收算法

了解了垃圾的确定方法后，我们将继续了解垃圾是怎么被回收的，即垃圾回收算法。在Java中主要有四中垃圾回收算法，分别是标记清除算法、复制算法、标记整理算法 和 分代收集算法。

标记清除算法

“标记-清除”算法是最基础的算法，分为标记和清除两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。

由标记清除算法的实现我们可以看出，其主要存在两个缺点：

1. 效率问题。标记和清除过程的效率都不高；
2. 空间问题。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程序在以后的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。

复制算法

为了解决标记清除算法内存碎片化严重的缺陷，提出了复制算法。复制算法主要思想是，按内存容量将内存划分为大小相等的两块区域。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将其中存活的对象复制到另一块上去，然后把该内存中的垃圾对象清理掉，其实现过程如图：

复制算法虽然实现简单，内存效率高，不易产生碎片，但是最大的问题是可用内存被压缩到了原本的一半。且存活对象增多的话，Copying 算法的效率会大大降低。

标记整理算法

结合了以上两个算法，为了避免缺陷而提出。标记阶段和标记清理算法相同，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。如图：

分代收集算法

在结合以上三种算法的综合分析及 JVM 内存对象生命周期的特点，诞生了一种新的垃圾回收算法——分代收集算法。其核心思想是根据对象存活的不同生命周期将内存划分为不同的域，一般情况下将 GC 堆划分为老年代(Tenured/Old Generation)和新生代(Young Generation)。老年代的特点是每次垃圾回收时只有少量对象需要被回收，新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量垃圾需要被回收，因此可以根据不同区域选择不同的算法。

新生代——复制算法

因为新生代中每次垃圾回收都要回收大部分对象，即要复制的操作比较少，但通常并不是按照 1：1 来划分新生代。一般将新生代划分为一块较大的 Eden 空间和两个较小的 Survivor 空间(From Space/S0, To Space/S1)，每次使用 Eden 空间和其中的一块 Survivor 空间，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另一块 Survivor 空间中。

老年代——标记复制算法

而老年代因为每次只回收少量对象，因而采用标记整理算法。

1. 对象的内存分配主要在新生代的 Eden Space 和 Survivor Space 的 From Space(Survivor 目前存放对象的那一块)，少数情况会直接分配到老年代；
2. 当新生代的 Eden Space 和 From Space 空间不足时就会发生一次 GC，进行 GC 后，EdenSpace 和 From Space 区的存活对象会被挪到 To Space，然后将 Eden Space 和 FromSpace 进行清理；
3. 如果 To Space 无法足够存储某个对象，则将这个对象存储到老年代；
4. 在进行 GC 后，使用的便是 Eden Space 和 To Space 了，如此反复循环；
5. 当对象在 Survivor 区躲过一次 GC 后，其年龄就会 +1。默认情况下年龄到达 15 的对象会被移到老年代中。

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