垃圾收集算法

標(biāo)記 - 清除算法

首先標(biāo)記出所有需要被回收的對象，標(biāo)記完后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象。 后續(xù)的收集算法都是基于這種思路并對其不足進行改進而得到的。

這種方法主要有兩個缺點：

1. 一個是效率問題，標(biāo)記和清除兩個過程的效率都不高；
2. 另一個是空間問題，標(biāo)記清除之后會產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，內(nèi)存碎片太多可能會導(dǎo)致以后在程序運行過程中需要分配較大對象時，無法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動作。

標(biāo)記 - 復(fù)制算法

為了解決效率問題，一種稱為“復(fù)制”（Copying）的收集算法出現(xiàn)了。將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完之后，就將還存活著的對象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過的這一塊的內(nèi)存空間一次清理掉。

這樣使得每次都是對內(nèi)存區(qū)間的一半進行內(nèi)存回收，內(nèi)存分配時也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只要移動堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可，實現(xiàn)簡單，運行高效。只是這種算法的代價是將內(nèi)存縮小為了原來的一半，內(nèi)存利用率低。

現(xiàn)在的商業(yè)虛擬機都采用這種收集算法來回收新生代，IBM公司的專門研究表明，新生代中的對象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例來劃分內(nèi)存空間，而是將內(nèi)存分為一塊較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden和其中一塊Survivor。

當(dāng)回收時，將Eden和Survivor中還存活著的對象一次性地復(fù)制到另外一塊Survivor空間上，最后清理掉Eden和剛才用過的Survivor空間。HotSpot虛擬機默認(rèn)Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用內(nèi)存空間為整個新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的內(nèi)存會被“浪費”。當(dāng)然，98%的對象可回收只是一般場景下的數(shù)據(jù)，我們沒有辦法保證每次回收都只有不多于10%的對象存活，當(dāng)Survivor空間不夠用時，需要依賴其他內(nèi)存（這里指老年代）進行分配擔(dān)保（Handle Promotion）。

分配擔(dān)保： 如果另外一塊Survivor空間沒有足夠空間存放上一次新生代收集下來的存活對象時，這些對象將直接通過分配擔(dān)保機制進入老年代。

標(biāo)記 - 整理算法

復(fù)制收集算法在對象存活率較高時就要進行較多的復(fù)制操作，效率將會變低。更關(guān)鍵的是，如果不想浪費50%的空間，就需要有額外的空間進行分配擔(dān)保，以應(yīng)對被使用的內(nèi)存中所有對象都100%存活的極端情況，所以在對象存活率較高的老年代一般不能直接選用這種算法。

根據(jù)老年代的特點，有人提出了另外一種“標(biāo)記-整理”（Mark-Compact）算法， 標(biāo)記過程仍然與“標(biāo)記-清除”算法一樣，但后續(xù)步驟不是直接對可回收對象進行清理，而是讓所有存活的對象都向一端移動，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存。 標(biāo)記-整理算法如圖所示：

三種垃圾收集算法比較

分代收集算法

當(dāng)前商業(yè)虛擬機的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法，這種算法并沒有什么新的思想，只是根據(jù)對象存活周期的不同將內(nèi)存劃分為幾塊。一般是把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個年代的特點采用最適當(dāng)?shù)氖占惴āＴ谛律?#xff0c;每次垃圾收集時都發(fā)現(xiàn)有大批對象死去，只有少量存活，那就選用復(fù)制算法，只需要付出少量存活對象的復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因為對象存活率高、沒有額外空間對它進行分配擔(dān)保，就必須使用“標(biāo)記—清理”或者“標(biāo)記—整理”算法來進行回收。