JVM内存管理之GC算法精解（五分钟让你彻底明白标记/清除算法）

相信不少猿友看到标题就认为LZ是标题党了，不过既然您已经被LZ忽悠进来了，那就好好的享受一顿算法大餐吧。不过LZ丑话说前面哦，这篇文章应该能让各位彻底理解标记/清除算法，不过倘若各位猿友不能在五分钟内看完，那就不是LZ的错啦。

好了，前面只是小小开个玩笑，让各位猿友放松下心情。下面即将与各位分享的，是GC算法中最基础的算法------标记/清除算法。如果搞清楚这个算法，那么后面两个就完全是小菜一碟了。

首先，我们回想一下上一章提到的根搜索算法，它可以解决我们应该回收哪些对象的问题，但是它显然还不能承担垃圾搜集的重任，因为我们在程序（程序也就是指我们运行在JVM上的JAVA程序）运行期间如果想进行垃圾回收，就必须让GC线程与程序当中的线程互相配合，才能在不影响程序运行的前提下，顺利的将垃圾进行回收。

为了达到这个目的，标记/清除算法就应运而生了。它的做法是当堆中的有效内存空间（available memory）被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被成为stop the world），然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除。

下面LZ具体解释一下标记和清除分别都会做些什么。

标记：标记的过程其实就是，遍历所有的GC Roots，然后将所有GC Roots可达的对象标记为存活的对象。

       清除：清除的过程将遍历堆中所有的对象，将没有标记的对象全部清除掉。

其实这两个步骤并不是特别复杂，也很容易理解。LZ用通俗的话解释一下标记/清除算法，就是当程序运行期间，若可以使用的内存被耗尽的时候，GC线程就会被触发并将程序暂停，随后将依旧存活的对象标记一遍，最终再将堆中所有没被标记的对象全部清除掉，接下来便让程序恢复运行。

下面LZ给各位制作了一组描述上面过程的图片，结合着图片，我们来直观的看下这一过程，首先是第一张图。

这张图代表的是程序运行期间所有对象的状态，它们的标志位全部是0（也就是未标记，以下默认0就是未标记，1为已标记），假设这会儿有效内存空间耗尽了，JVM将会停止应用程序的运行并开启GC线程，然后开始进行标记工作，按照根搜索算法，标记完以后，对象的状态如下图。

可以看到，按照根搜索算法，所有从root对象可达的对象就被标记为了存活的对象，此时已经完成了第一阶段标记。接下来，就要执行第二阶段清除了，那么清除完以后，剩下的对象以及对象的状态如下图所示。

可以看到，没有被标记的对象将会回收清除掉，而被标记的对象将会留下，并且会将标记位重新归0。接下来就不用说了，唤醒停止的程序线程，让程序继续运行即可。

其实这一过程并不复杂，甚至可以说非常简单，各位说对吗。不过其中有一点值得LZ一提，就是为什么非要停止程序的运行呢？

这个其实也不难理解，LZ举个最简单的例子，假设我们的程序与GC线程是一起运行的，各位试想这样一种场景。

假设我们刚标记完图中最右边的那个对象，暂且记为A，结果此时在程序当中又new了一个新对象B，且A对象可以到达B对象。但是由于此时A对象已经标记结束，B对象此时的标记位依然是0，因为它错过了标记阶段。因此当接下来轮到清除阶段的时候，新对象B将会被苦逼的清除掉。如此一来，不难想象结果，GC线程将会导致程序无法正常工作。

上面的结果当然令人无法接受，我们刚new了一个对象，结果经过一次GC，忽然变成null了，这还怎么玩？

到此为止，标记/清除算法LZ已经介绍完了，下面我们来看下它的缺点，其实了解完它的算法原理，它的缺点就很好理解了。

1、首先，它的缺点就是效率比较低（递归与全堆对象遍历），而且在进行GC的时候，需要停止应用程序，这会导致用户体验非常差劲，尤其对于交互式的应用程序来说简直是无法接受。试想一下，如果你玩一个网站，这个网站一个小时就挂五分钟，你还玩吗？

2、第二点主要的缺点，则是这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，这点不难理解，我们的死亡对象都是随即的出现在内存的各个角落的，现在把它们清除之后，内存的布局自然会乱七八糟。而为了应付这一点，JVM就不得不维持一个内存的空闲列表，这又是一种开销。而且在分配数组对象的时候，寻找连续的内存空间会不太好找。

看完它的缺点估计有的猿友要忍不住吐糟了，“这么说这个算法根本没法用嘛，那LZ还介绍这么个玩意干什么。”

猿友们莫要着急，一个算法有缺点，高人们自然会想尽办法去完善它的。而接下来我们要介绍的两种算法，皆是在标记/清除算法的基础上优化而产生的。具体的内容，下一次LZ再和各位分享。

本次的分享就到此结束了，希望各位看完都能有所收获，0.0。

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