jvm学习 垃圾回收算法详解（标记清除，标记复制，标记整理，分代回收）

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在前面我们进行了垃圾回收的引入，介绍了如何判断对象是否是垃圾
下面我们就来看看在已经判断好了谁是垃圾的前提下，jvm如何进行垃圾回收。下面主要介绍标记-清除、标记-整理、标记-复制与分代回收这几种算法。

标记-清除算法

首先就是标记-清除算法了，这是四个里面最简单的一个。从其名字我们可以看出，该算法分为两个部分，标记与清除。
首先是标记阶段，通过前面提到过的可达性算法来标记需要回收的对象。
然后是清除阶段，直接将被标记为垃圾的对象清除就完事了。（这里需要注意，所谓清除，并不是说，要把这一段内存的值给置为0，而是直接将这段内存从占用状态改成可用状态，下次需要使用时直接覆盖就可以了）
下面用个示意图来形象的说明一下标记-清除算法（还是word里画的，不会用其他好看的画图工具了555）。

上图表示堆内存的情况。这里黑色为死亡，灰色为存活，白色为未使用的内存空间。
那么此时进行标记-清除操作，则会将所有黑色的内存区域清除掉，灰色与白色的不动。结果如下图所示。

如此一来，便将死亡的对象占用的内存空间便被回收。
来说一下该方法的优缺点。

• 优点：显然可见，该方法十分之简单，而且很高效，很快，因为对比其他方法，都是要标记的，而在清除阶段，也不需要执行什么抹掉内容的操作，只用把要“清除”的内存空间设为可用即可，可以说毫不费力，所以很快。
• 缺点：缺点也很明显，看上面我们经过标记-清除算法的堆内存空间，可用的区域根本就不连续，假设现在突然要往堆内存中放入一个占5个格子的对象呢？虽然堆内存可用空间足够，但这里却没法放，所以这是个大问题。

标记-整理算法

这个算法实际是对上面的标记-清除算法的一种改进，上面提到标记-清除算法的缺点在于它会导致内存空间不连续，那么这里标记-整理算法就解决这个问题，让经历过垃圾回收的堆内存空间连续。
标记阶段不变，但整理阶段不是直接对可回收对象进行清除，而是让所有存活对象都向内存空间一端移动，然后清除边界以外的内存。
我们还是来通过示意图来看一下。

上图为标记-整理前，进行标记整理时，jvm会将灰色的都往前移，让黑色的都在灰色后面，效果如下。

然后以最后一个灰色的为边界，将边界外的内存空间清除掉。形成的效果如下。
可以看到，经过标记-整理算法的堆内存变的整整齐齐，干干净净（aabb叠词嘻嘻），也就是内存连续了，这样，就算要放入占用12个格子的大对象我们都能放的下（芜湖）。
好，依然来总结一下优缺点：

• 优点：显而易见，保证了堆内存的连续，不会浪费堆内存
• 缺点：首先，要在内存中移动对象，这很慢很低效，并且，在移动时，你还要考虑到并发问题（假如用户线程正在使用你移动的对象怎么办），所以你需要STW，那么此时又更慢了。

由于这些缺点，所以标记-整理的效率不是很高，它比较使用与老年代这种存活多死亡少的垃圾收集，因为死的少大概率意味着移动的也少。但是它的好处也是显而易见的。

标记-复制算法

同样，这个算法也是在标记-清除算法基础上改的。
该算法是这样的，将内存区域分成两个，每次呢只使用其中一个区域，当进行垃圾回收时，将存活的对象复制到另一个区域上（连续存放哦），然后把已经使用过的区域一次性全部清除。
还是来看示意图，（中间那个棍是用来表示分隔两个区域）。

可以看到，原本的堆内存空间划分成了两个区域，同时只使用一个区域，当进行标记-复制算法时，会将区域1中的灰色对象复制到区域2中，然后将区域1全部清除。结果如下图。

好，依然来总结一下优缺点。

• 优点：解决了标记-清除算法内存不连续的问题，可以看到，这里内存是十分连续的，然后，其速度也还是可以的，虽然比不上标记-清除，但还是比标记-整理快很多很多
• 缺点：缺点也是十分明显，本来挺充足的堆内存空间，现在咔的一下只允许你用一半了，你说难不难受。改算法十分浪费内存空间。

分代回收策略

其实这里说是算法不准确，更多的是一种策略吧，蛮多垃圾收集器都采用的策略。该策略是在分代理论和标记-复制算法上改进得到。
首先，在我们的堆内存中，有很多对象都是很快就死亡的，比如在虚拟机栈顶的局部变量引用的对象，就会很快死亡，诸如此类寿命很短的对象；还有些对象呢，它活的很长，一直在用，经过多次垃圾回收都是存活。显然，堆内存中有这么两种对象，我们在进行垃圾回收时，如果每一次都看看那些寿命长的对象是不是死了，其实是件很低效的事。所以这里分代理论给堆内存中的对象进行的了分类，活的短的对象们统称新生代，活的长的对象统称老年代。jvm针对新生代和老年代划分不同的内存区域，分别进行垃圾回收。

针对新生代对象，因为新生代对象死的块，死的多的特点，所以这里采用标记-复制算法，不过对其进行了改进。具体做法是，将新生代的堆内存空间分成了三个部分：一个较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间。Eden：Survivor=8:1。规定同时只有Eden空间与其中一个Survivor空间在使用，而剩下的Survivor不适用。也就是说同一时间，堆内存只有90%在使用，有10%的空间是浪费的。
然后垃圾回收的策略是：平常的对象在堆内存中生成时，一般默认为新生代对象，放入新生代的Eden空间里；当进行垃圾回收时，会对Eden空间和Survivor2空间中的对象进行标记，将存活对象复制到其中一个Survivor1中去，并将这些存活对象的存活年龄+1，（一般当年龄超过一个阈值，就将其放入老年代），然后将Eden空间和Survivor2空间清除；之后再继续使用，当遇到垃圾回收时，会和之前一样将Eden空间的存活对象放到Survivor2中去，并且也会检查Survior1中的对象是否存活，如果存活，也复制到Survivor2中去，然后将Eden空间与Survivor1空间清除，如此往复。
下面，还是用示意图来演示（这里就不遵循8:1来画了，为了节省时间，直接在刚才的图上进行修改了）：

此时进行对新生代的垃圾回收，要将Eden中所有灰色的对象复制到Survivor1中，其年龄+1，然后对Eden空间和Survivor2空间进行清除。效果如下图：

然后继续使用，新创建的对象放在Eden空间中，当放不下了需要垃圾回收时，进行标记，此时Survivor1中的对象也要标记。如下图所示。

此时，将Eden空间和Survivor1中存活对象复制到Survivor2中，其对象年龄+1，并将Eden空间和Survivor1空间清除。结果如下图：

以上便是针对新生代的回收策略。

而针对老年代，因为其寿命长，死亡少的特点，所以就一般直接采用标记-整理算法即可。

针对新生代的垃圾回收，我们叫minor gc，针对老年代的垃圾回收，我们叫major gc，而针对新生代和老年代的全局垃圾回收，我们叫full gc。这里针对老年代的gc很少，只有cms收集器用，并且cms也基本用的很少了，所以这里就不讨论major gc了，只考虑minor gc 和fullgc。
当新生代空间不足时，会触发minor gc，此时如果回收不理想，对象在Eden中放不下，则会考虑放在老年代的内存空间中，如果老年代也放不下，此时会触发full gc，在full gc之前，还会先尝试一次minor gc。
当Survivor空间放不下Eden中存活的对象时，会直接将其放入老年代。
这里需要注意，minor gc会STW。

那么下面我们来总结一下分代回收策略的优缺点：

• 优点：考虑到了对象声明周期的不同，划分为新生代和老年代，从而对新生代回收频繁，对老年代不频繁，从而提高了回收效率，且改进了标记-复制，将内存资源损耗从50%降低到了10%
• 缺点：无太明显缺点，总体算还行

参考资料

• 《深入理解jvm》周志明