Java垃圾回收算法

在Java虚拟机运行时区域的各个部分中，程序计数器，虚拟机栈，本地方法栈声明周期与生成对应线程的生命周期：栈中的栈帧都是随着方法的进入和退出而执行者出栈和入栈操作。每个栈帧的内存基本上是在类结构确定下来时就已知，所以这个几个区域的内存分配和回收都具备确定性，在这个几个区域内就不需要过多考虑内存回收的问题，因为方法结束或者线程结束时，内存自然就跟随者回收了。 而Java堆和方法区不一样，一个接口中的多个类实现需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样，我们只有在程序处于运行期间时才知道会创建哪些对象，这个部分的内存的分配和回收都是动态的，我们只重点关注这部分。

对象已死？

内存回收，就需要确保要回收的对象在其他地方不会再被使用。

引用计数法

引用计数法：

给对象添加一个引用计数器，当被引用时加1 ，引用失效减1，任何时刻当该对象的引用计数器值为0 时，就表示对象不再内使用，可以回收。

优点

实现简单，效率高。

缺点

无法解决对象之间循环引用的问题。这也是Java语言没有采用引用计数算法来管理内存。

可达性分析算法

可达性分析算法判断对象是可回收，通过一些"GCRoots"对象作为起点，从这些节点开始往下搜索，所走过的路径称为引用链（ReferenceChain），当一个对象到GCRoots没有任何引用链连接的时候，说明这个对象是从GCRoots不可达的，则证明此对象不可用。

image.png

GCRoots对象包括：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中的引用的对象。

• 方法区域中的类静态属性引用的对象。

• 方法区域中常量引用的对象。

• 本地方法栈中JNI（Native方法）的引用的对象。

垃圾回收算法

标记-清除（Mark-Sweep）算法

顾名思义，算法分为两阶段，标记和清除。它是最基础的手机算法。 首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一的回收所有被标记的对象。

我们通过下图看一下标记清除算法的大致过程：

图例：

image.png

回收前标记状态：

image.png

回收后清除状态：

image.png

标记清除算法有两个不足：

• 效率 ，标记 和清除两个过程的效率都不高

• 空间问题，从上面的过程可以看到，会产生大量的不连续的空间内存碎片，空间碎片会导致以后在程序运行过程中分配较大对象时，无法找到连续的内存而不得不提前出发另一次gc。

复制算法 （Copying）

为了解决标记清除算法的效率问题，出现了复制的收集算法。它将可用的内存空间划分为两个大小相等的区域，每次只是用其中的一块，当这一块内存用完了，就将还存活的对象复制到另一块上，然后把使用过的内存一次清理，这样使得每次都是对整个半区进行内存回收。

优点：

内存分配时也不用考虑内存碎片等情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配即可，实现简单，运行高效。

缺点：

该算法的代价是将内存缩小为原来的一半，代价太高。

回收前内存状态：

image.png

回收后内存状态：

image.png

IBM公司的研究表明：新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块较大的eden 空间和两块较小的survivor 空间，每次使用eden和其中的一个survivor。

[图片上传失败...(image-3f0533-1560778119254)]

当回收时将eden和survivor中还存活的对象一次性的复制到另一块 survivor空间上，最后清理掉使用过的eden和survivor空间。HotSpot虚拟机默认eden和survivor 的比例为8:1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%，只用10%会被浪费。

当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，无法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当survivor空间不够的时候，需要依赖老年代进行分配担保。

内存分配担保，当另一个新生代survivor空间没有足够的空间去存放上次新生代收集下来的存活对象，这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。

标记-整理（Mark-Compact）算法

复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率会变低。

标记-整理算法，标记的过程，和标记-清除的标记过程一样，但后续的整理是让所有存活的对象，都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

整理前的内存状态：

image.png

整理后的内存状态：

image.png

分代收集算法

根据对象的存活周期不同将内存划分为新生代和老年代，这样可以根据各个年代的特点采用适当的收集算法。

新生代的中每次垃圾收集中会发现有大批对象死区，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。

老年代中因为对象的存活率高，没有额外的控件对它进行分配担保，就必须使用“标记-清扫”或者“标记-整理”算法来进行回收。