深入理解Java虚拟机（三）垃圾回收算法

  在我们知道了如何判断对象已“死”？ 之后我们就要去回收内存空间，垃圾回收算法主要有一下几种：

1. 标记-清除算法
2. 复制算法
3. 标记整理算法
4. 分代收集算法

1. 标记-清除算法

  “标记-清除”算法是最基础的收集算法。算法分为 “标记” 和 “清除” 两个阶段：

1. 标记： 遍历堆，标记出所有需要回收的对象（此处采用的是可达性分析算法进行标记）
2. 清除： 标记结束后，再次遍历堆，统一回收所以被标记的对象。

通过上述过程我们可以感觉到“标记-清除”法的不足：

1. 效率问题：标记、清除分为两次进行且每次都要遍历全部空间，可以发现标记和清除这两个过程的效率都不高。
2. 空间问题：标记清除后我们会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致后面在程序运行中需要分配较大对象时，无法找到足够连续内存而不能不提前触发另一次垃圾回收。

可能第二个不足，通过上面的图解不是很清楚，我们再来画一个图：

通过上面图，我们可以发现使用的空间都没有集中起来，导致该算法进行中出现的效率和空间问题。

2. 复制算法（新生代回收算法）

“复制”算法是为了解决“标记-清除”的效率问题。
算法概述：
  复制算法将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只是用其中的一块。当这块内存需要垃圾回收时，会将此区域还存活着的对象复制到另一块上面，然后再把已经使用过的内存区域一次清理掉。

优点： 该算法的好处时，每次都是对整个搬去进行内存回收，内存分配时也就不需要考虑内存碎片等复杂情况，只需要移动堆顶指针，按顺序分配即可。该算法实现相对“标记-清除”简单，运行高效。
现在商用的虚拟机（包括HotSpot都是采用这种收集算法来回收新生代）。

在新生代使用复制收集算法的原因： 新生代中98%的对象都是“朝生夕死”的，所以复制的对象很少，效率较高。
  新生代使用了复制收集算法，那么它的空间是怎么划分的，由于上面有说“新生代中98%的对象都是朝生夕死的”，所以不需要按照1：1的比例来划分内存空间，而是将内存（新生代内存）分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间（两个Survivor区域一个称为Fro’m区，另一个称为To区域），每次使用Eden和其中一块Survivor空间。当回收时将Eden和Survivor中还存活的对象一次性复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。
  当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存空间（老年代）进行分配担保。
内存空间分配如下图所示：

注意： HotSpot默认的Eden和Survivor的大小比例时8：1，也就是说Eden：Survivor From：Survivor To = 8：1：1。所以每次新生代可用内存空间为整个新生代容量的90%，而剩下的10%用来存放回收后的存活对象。
  了解了复制算法的思想，也知道了HotSpot的内存分配，下面我们来看一下HotSpot实现复制算法的流程：

1. 当Eden区满的时候，会触发第一次Minor gc，把或者的对象拷贝到Survivor From区；当Eden区再次触发Minor gc的时候，这次会扫描Eden区和From区，对这两个区域进行垃圾回收，经过这次回收还存活的的对象，则直接复制到To区域，并将Eden和From区域清空。
2. 当后续Eden又发生Minor gc的时候，会对Eden和To区域进行垃圾回收，存活的对象复制到From区域，并将Eden和To区域清空。
3. 部分对象会在From和To区域中来回复制，如此交换15次（由JVM参数MaxTenuringThreshold决定，这个参数默认是15），最终如果对象还是存活，就存入老年代。

3. 标记-整理算法（老年代回收算法）

复制收集算法再对象存活率较高时会进行比较多的复制操作，效率会变低。因此老年代一般不能使用复制算法。针对老年代的特点，提出了一种“标记-整理”算法。标记过程仍与“标记-清除”算法过程一致，但后续步骤不是直接堆可回收对象进行清理，而是让所有存活对象都向一端移动，然后直接清理掉端边缘以外的内存。

4. 分代收集算法

  当前JVM垃圾收集都采用的是“分代收集”算法，这个算法并没有新思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。
  一般是把Java堆分为新生代和老年代。

• 在新生代中，每次垃圾回收都有大批量对象死去，只有少量存活，因此我们采用复制算法；
• 在老年代中，***对象的存活效率高、没有额外的空间对它进行分配担保，***就必须采用“标记-清理”或“标记-整理”算法。

5. Minor gc 和 Full gc

在上面我们不停的在说Minor gc，那么他到底是什么？还有一种Full gc，这两种GC有什么不一样吗？

• Minor gc（新生代gc）：指发生在新生代的垃圾收集。因为Java对象大多都具备朝生夕灭的特点，因此Minor gc（采用复制算法）非常频繁，一般回收速度也比较快。
• Full gc（老年代gc 或者 Major gc）：指发生在老年代的垃圾收集。出现了Major gc，经常伴随至少一次的Minor gc（并非绝对，在Paraellel Scavenge收集器中就有直接进行Full gc的策略选择过程）。Major gc的速度会比一般的Minor gc慢10倍以上。