GC垃圾回收算法

什么是GC垃圾回收呢。日常生活中我们去餐厅吃饭吃完饭，吃完饭走了餐具不用管，服务员在把餐具拿走，这是一种方式，服务员怎么知道他要来把餐具拿走呢，因为你走了，这个位置空了。服务员什么时候拿走餐具很重要，第一你没吃完，不会回收吧，第二很多人吃饭，你在里面，他也不一定回收吧，他会找一个合适的时机，一次性回收很多吧。

第二种方法：自己吃完饭把餐具带到回收的地方吧。

哪一种方式更好呢？

第一种方式自己也就是使用者不用管，服务员找一个合适的时机把垃圾回收了。

第二种自己去吧垃圾倒了。

在java中GC垃圾回收用的是第一种方式，系统找一个合适的时机把垃圾回收掉，我们不用手动去干预。这也是C#使用的垃圾回收机制。开发员人员只关心内存申请，不关心内存释放的问题

下面我们看一看垃圾回收GC回收算法。

1.1. 引用计数法

引用计数法是一种古老的垃圾收集方法，引用计数器实现很简单，对于一个对象A，有任何一个对象引用了A,那么A的计数器+1，引用失效时，A的计数器-1。当A的引用计数器是0的时候。那么A对象就不能被使用了。

引用计数法实现很简单就是额外的为每一个对象搞一个计数器，但是也有缺点：

1.引入计数器是解决一个问题又附加的引入一个问题。因为每次加减操作，可能影响系统性能。

2.无法处理循环引用问题，因此java的垃圾回收器中，没有使用这种算法。

下面举一个简单的例子：A对象和B对象，对象A中有B的引用，对象B中有A的引用。此时A和B两个对象的计数器都不是0，但在使用中没有其他对象引用A和B,说白了，A和B应该是被回收的对象，但是他们之间相互引用。计数器不为0，系统没有这种探针检测到循环引用，从而无法垃圾回收，引发内存泄露。

解释一个可达对象，不可达对象。

可达对象：通过根节点进行引用搜索，最终可以到达的对象。

不可达对象：通过根节点进行引用搜索，最终没有被引用的对象。

不可达的对象出现循环引用，它的引用计数器都不是0如下图所示：

1.2. 标记清除法

标记清除算法将垃圾的回收两阶段进行：标记阶段和清除阶段。

在标记阶段，顾名思义，就是从根节点开始标记可到达的对象。没有被标记的对象也就是没有被引用的对象那个就是垃圾对象。在第二个阶段也就是清除阶段，清除所有没有被标记的对象。标记清除算法。可能会产生空间的碎片，这也是这个算法的最大的问题。

如下图所示，使用标记清除算法对一块连续的内存空间进行回收，从根节点开始，所有的引用关系对象被标记为存活对象，

不可到达的对象被标记为垃圾对象，在清除阶段回收所有不可到达的对象，也就是没有被引用的对象。

如上图所示，回收后的空间是不连续的。在对象的堆空间分配中，大对象的内存分配，不连续的内存空间的效率低于连续的空间。这也是该算法的最大缺点。

标记阶段通过根节点查找所有可达对象，清除节点清除所有的不可达对象。完成系统的垃圾回收。

1.3. 复制算法

复制算法的原理：将分配的内存空间分为2块，每次只是用1块，在垃圾回收呢时，讲正在使用的内存中的存活对象复制到没有被使用的内存的一块，完成之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，然后两个内存块交换，以此完成垃圾回收。

如果系统中的垃圾对象有很多，存活对象比较少，复制算法的优势就体现出来了。由于对象是在垃圾回收过程中统一被复制到新的内存空间，所以复制算法可以确保新的内存空间是没有碎片的。但是缺点就是，把内存分为了2块，不能充分的利用内存。

如下图所示：A、B两块相同的内存，A在进行垃圾回收的时候，讲存货的对象复制到B的空间，B的空间在复制后是连续的。复制完成之后，清除A。把B设置为当前使用的空间。

在java的新生代串行垃圾回收中，使用了复制算法，新生代之前的章节也讲过分为eden区域，from、to三个部分，之前也说过from、to是相等的可以替换的两个空间、地位相等、角色相等。from、to空间也被称之为survivor空间，英文解释为幸存者，用来存放没有被回收的对象，如下图所示。

新生代：堆空间中的年轻人，对象刚刚创建或者经历的垃圾回收次数不多的对象。

老年代：堆空间中的老年人，老年对象指经历了很多次垃圾回收亦然存活的对象，(看来大部分老年人存贮内存挺高的对象)。

在垃圾回收的过程中，eden空间存活的对象被复制到survivor空间，假如我们正在使用from空间，因此den空间存活的对象被复制到to空间。如果to空间内存满了，则对象直接进入老年代，可参考虚拟机参数设置的章节参考实例。此时eden空间和from空间剩余的对象就是垃圾对象，直接清空，to空间存放的就是存活的对象，这种改进之后的算法，保证了空间的连续性，这点很重要，又避免了大量的空间的浪费，因为这些空间是可以手动分配的。参考之前的章节。上图显示了复制算法的时机回收过程。

复制算法比较适合新生代，因为新生代垃圾对象一般比存活对象要多，这块区域，朝生夕死足矣。如果这个地方的对象存活就可能是常住内存的对象了。

1.4. 标记压缩法

上面也说了 压缩算法的使用前提是存活对象少、垃圾对象多的情况下使用。这种情况经常发生在新生代，在老年到就不合适了，因为老年代大部分都是存活对象，如果要使用复制算法，复制的成本很高，所以老年代使用的是其他的算法，老年人比较特殊嘛。

标记压缩算法是在标记清除算法基础之上优化了，标记压缩算法也是从根节点开始，对对象的可达性做一次扫描标记，之后不是直接清除未标记的对象，而是将所有的存活对象压缩到内存的一端，之后，清除边界外的所有空间，这样做的好处是避免了内存的不连续性，不需要内存设置两块相同的内存进行复制交换。所以压缩标记算法的性价比好啊。

标记压缩算法如下图所示完成垃圾回收。

标记压缩算法其实就是在标记清除算法完成之后，进行一次随便整理。所以称之为标记压缩算法。

1.5. 分区算法

上面说的都是出来堆空间的算法，对于栈是如何处理的呢。分区算法是将整个堆空间分成连续的不同的小区间，如下图所示。每一个小区间都是独立使用，独立回收，这样设计可以控制一次回收多少个区间。不回去全扫描。

一般来说在相同的条件下，堆空间越大，一次垃圾GC回收所需要的时间就越长，那么引起的副作用就是停顿时间越长，就是假死需要等待的时间就越长，使用分区算法的好处就是，合理的回收区间，不是扫描整个堆空间，从而减少一次GC产生的停顿。跟餐厅收餐具一样一样，分房间去收餐具，不是每次都按照顺序收餐具。