Java垃圾回收算法和垃圾回收器

基本上 jvm内存回收有三种 基本算法

• 标记-清除

标记清除的算法最简单，主要是标记出来需要回收的对象，然后然后把这些对象在内存的信息清除。如何标记需要回收的对象，在上一篇文章里面已经有说明。

• 标记-清除-压缩

这个算法是在标记-清除的算法之上进行一下压缩空间，重新移动对象的过程。因为标记清除算法会导致很多的留下来的内存空间碎片，随着碎片的增多，严重影响内存读写的性能，所以在标记-清除之后，会对内存的碎片进行整理。最简单的整理就是把对象压缩到一边，留出另一边的空间。由于压缩空间需要一定的时间，会影响垃圾收集的时间。

• 标记-清除-复制

这个算法是吧内存分配为两个空间，一个空间（A）用来负责装载正常的对象信息,，另外一个内存空间（B）是垃圾回收用的。每次把空间A中存活的对象全部复制到空间B里面，在一次性的把空间A删除。这个算法在效率上比标记-清除-压缩高，但是需要两块空间，对内存要求比较大，内存的利用率比较低。适用于短生存期的对象，持续复制长生存期的对象则导致效率降低

由于现在的处理器都是多核的，处理器的性能得到了极大的提升，所以在此基础上有产生了几种垃圾收集算法。主要包括两种算法

• 并行标记清除

所谓并行，就是原来垃圾回收只是一个线程进行。现在创建多个垃圾回收线程。并行的进行标记和清除。比如把需要标记的对象平均分配到多个线程之后，当标记完成之后，多个线程进行清除。

• 并发标记清除

所谓并发，就是应用程序和垃圾回收可以同时执行。在标记清除算法中，在标记对象和清除对象，以及压缩对象的情况下是需要暂停应用的。那么并行标记清除压缩算法则是在标记清除压缩算法的基础上，把标记清除压缩算法分为以下几个过程

初始标记->并发标记->重新标记->并发清除->重置

以上几种算法是垃圾回收的基本算法，jvm垃圾回收就是在以上几种算法为基础的，在以上几种算法的基础上，java垃圾回收器可以分为以下几种：

• 串行收集器

用单线程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，所以效率比较高。但是，也无法使用多处理器的优势，所以此收集器适合单处理器机器

单线程收集器。在目前多核服务器端运行的情况下，效率比较低。比较适合堆内存小的情况下使用。

• 并行收集器

用多线程处理所有垃圾回收工作，利用多核处理器的优势。但是如果线程数量过多，导致线程之间频繁调度，也会影响性能。一半并行收集的线程是处理器的个数。

“对吞吐量有高要求”，多CPU、对应用响应时间无要求的中、大型应用。举例：后台处理、科学计算。

• 并发收集器

并发收集器主要减少年老代的暂停时间，他在应用不停止的情况下使用独立的垃圾回收线程，跟踪可达对象。在每个年老代垃圾回收周期中，在收集初期并发收集器 会对整个应用进行简短的暂停（初始标记的过程），在收集中还会再暂停一次。第二次暂停会比第一次稍长（重新标记的过程），在此过程中多个线程同时进行垃圾回收工作。

并发收集器使用处理器换来短暂的停顿时间。在一个N个处理器的系统上，并发收集部分使用K/N个可用处理器进行回收，一般情况下1<=K<=N/4。

在只有一个处理器的主机上使用并发收集器，设置为incremental mode模式也可获得较短的停顿时间。

浮动垃圾：由于在应用运行的同时进行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收进行完成时产生，这样就造成了“Floating Garbage”，这些垃圾需要在下次垃圾回收周期时才能回收掉。所以，并发收集器一般需要20%的预留空间用于这些浮动垃圾。

Concurrent Mode Failure：并发收集器在应用运行时进行收集，所以需要保证堆在垃圾回收的这段时间有足够的空间供程序使用，否则，垃圾回收还未完成，堆空间先满了。这种情况下将会发生“并发模式失败”，此时整个应用将会暂停，进行垃圾回收。

并发收集器，在垃圾回收的时候采用并发标记清除算法的收集器

对响应时间要求高的，多CPU，大型应用。比如页面请求/web服务器。前端业务系统用的比较多。

我们以sun公司的hotspot虚拟机为例，hotspot采用的是分代回收算法，因为根据经验，一般80%的对象就是朝生夕灭，对象的生命期都很短。而根据对象的生命周期不同，可以划分出来几个区域，一部分区域的对象创建比较频繁，但是生命周期比较短，一部分区域对象生命周期比较长，还有一部分区域对象生命周期几乎和java虚拟机相同。

sunspot堆内存分为三个区域：

• 新生代（Young）

新生代包括两个区：Eden区和Survivor区，其中Survivor区一般也分成两块，简称Survivor1 Space 和 Survivor2 Space （或者From Space 和 To Space）。新生代通常存活时间较短，因此基于标记清除复制算法来进行回收，扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和From或To之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从eden到Survior，最后到旧生代。

可以采用串行处理和并行处理器

• 老年代（Old）

在垃圾回收多次，如果对象仍然存活，并且新生代的空间不够，则对象会存放在老年代。

在老年代采用的是 标记清除压缩算法。因为老年代的对象一般存活时间比较长，每次标记清除之后，会有很多的零碎空间，这个就是所谓的浮动垃圾。当老年代的零碎空间不足以分配一个大的对象的时候，就会采用压缩算法。在压缩的时候，应用需要暂停。

可以采用串行处理，并行处理器，以及并发处理器。

• 持久代（Permanent)

这部分空间主要存放java方法区的数据以及启动类加载器加载的对象。这一部分对象通常不会被回收。所以持久代空间在默认的情况下是不会被垃圾回收的。

由于把内存空间分为三块，一般把新生代的GC称为minor GC ，把老年代的GC成为 full GC，所谓full gc 会先出发一次minor gc，然后在进行老年代的GC。

具体的过程如下：

首先想eden区申请分配空间，如果空间够，就直接进行分配，否则进行一次Minor GC。minor GC 首先会对Eden区的对象进行标记，标记出来存活的对象。然后把存活的对象copy到From空间。如果From空间足够，则回收eden区可回收的对象。如果from内存空间不够，则把From空间存活的对象复制到To区，如果TO区的内存空间也不够的话，则把To区存活的对象复制到老年代。如果老年代空间也不够（或者达到触发老年年垃圾回收条件的话）则触发一次full GC。

简单方向就是Eden->From->To->Old，如下图所示。

G1收集器：

将java的堆划分成多个大小固定的区域， 并跟踪这些区域里的垃圾堆积程度， 在后台维护一个优先队列表， 每次根据允许的收集时间，优先回收垃圾最多的区域。

区域划分以及优先级的区域回收， 保证了G1收集器在有限的时间内可以获得最高的收入效率。