JVM 知识梳理 (二) GC算法

文章目录

一、前言
二、判定哪些对象需要被GC
- 引用计数法Reference Count
- 可达性算法（引用链法Tracing）
三、GC算法
- 标记—清除
- 标记—压缩
- 复制算法
总结
- 分代收集
- 补充：HotSpot为什么要分为新生代和老年代？
- 参考

一、前言

垃圾收集（Garbage Collection ），简称GC。是Java 的一种垃圾自动回收机制，但程序员可以手动执行 System.gc()，通知 GC 运行，但是 Java 语言规范并不保证 GC 一定会执行。

判定哪些对象需要被GC，主要有两种方法，引用计数法和可达性算法。

GC算法包括引用计数法、标记—清除、标记—压缩、复制算法。

二、判定哪些对象需要被GC

引用计数法Reference Count

引用计数法，也叫直接垃圾回收法，是老牌垃圾回收算法，当GC触发时，通过对象的引用来计算要不要回收。

给每个对象分配一个引用计数器，只要该对象被应用，计数器+1.取消引用就-1。

当GC触发时，如果该对象的引用计数器为零，那这个对象就是垃圾。

优点

即时回收，因为对象知道自己什么时候没用

缺点

引用和去除引用伴随着加法减法，影响性能。还有就是很难处理循环引用。

需要注意的是，在主流虚拟机中，并未涉及引用计数法。

可达性算法（引用链法Tracing）

可达性算法，也叫间接垃圾回收算法。

该算法的思想是：从一个被称为 GC Roots 的对象开始向下搜索，找到活着的对象，活着得对象可以链接到，而如果一个对象到 GC Roots 没有任何引用链相连时，则说明此对象不可用。

Tracing法分为两部分：GC root和GC heap

那么GC root有哪些呢？

java虚拟机栈中的引用的对象
方法区中的类静态属性引用的对象
方法区中的常量引用的对象,例如final User u = new User();
本地方法栈中的JNI（native方法）引用的对象

这些GC root会与GC heap中的对象进行相连。

三、GC算法

标记—清除

标记—清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。

这个算法将垃圾回收分为了两个阶段，标记阶段和清除阶段。

1.在标记阶段，首先通过根节点，标记所有从根节点开始可达对象,这时的可达对象代表还“有用”，而未标记的对象就是未被引用的垃圾对象。

2.在清除阶段，清除未被标记的垃圾对象。

优点

实现起来简单,不需要额外的空间

缺点

逐渐产生被细化的分块，不久后就会导致无数的小分块散布在堆的各处，并且在分配对象的时候还得先遍历那些内存块可以用。

标记—压缩

标记-压缩算法适合用于存活对象较多的场合，如老年代。

它在标记-清除算法的基础上做了一些优化，即在标记—清除算法后，将所有存活的对象压缩到内存的一端，然后清理这个边界外的所有空间

缺点：清除算法中，清除阶段也要搜索整个堆，不过搜索 1 次就够了。但 GC 标记 - 压缩算法要搜索 3 次，这样就要花费约 3 倍的时间，这是一个相当巨大的缺陷，特别是堆越大，所消耗的成本也就越大(看图)

优点：堆利用效率高。
而且 GC 标记 - 压缩算法不会出现 GC 复制算法那样只能利用半个堆的情况

复制算法

复制算法，在标记清除的的基础上改进而来的，适用于对象存活度低的场景，如年轻代。

堆空间分配中，新生代：老年代 = 1:2

思想是将原有的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。
需要注意的是，在复制算法下，两个survivor区（From和To区）同⼀时间会有⼀个满⼀个空，是交替的，并且空的总是To区。

值得知道的是，如果一次Young GC后存活的对象过多不能进入Survivor区，那么就直接进入老年代。

优点：
1、优秀的吞吐量： GC 标记 - 清除算法消耗的吞吐量是搜索活动对象(标记阶段)所花费的时间和搜索整体堆(清除阶段)所花费的时间之和。
另一方面，因为 GC 复制算法只搜索并复制活动对象，所以跟一般的 GC 标记 - 清除算法相比，它能在较短时间内完成 GC。也就是说，其吞吐量优秀。

2、高速分配：GC 复制算法不使用空闲链表。这是因为分块是一个连续的内存空间。比起 GC 标记 - 清除算法和引用计数法等使用空闲链表的分配，GC 复制算法明显快得多。

3、不会发生碎片化

缺点：
浪费内存空间，因为用这种算法，必须保证To区是空的。假如极端情况下对象100%存在，内存空间就会不够。所以在对象存存活度低时适合使用，我们知道年轻代是存活度低，所以事实上就是使用的复制算法。

总结

没有最好的算法，但有最合适的算法。

分代收集

现在的虚拟机垃圾收集大多采用这种方式，它根据对象的生存周期，将堆分为新生代和老年代。

在新生代中，由于对象生存期短，每次回收都会有大量对象死去，那么这时就采用复制算法。老年代里的对象存活率较高，没有额外的空间进行分配担保，一般采用标记整理算法。

补充：HotSpot为什么要分为新生代和老年代？

因为有的对象寿命长，有的对象寿命短。应该将寿命长的对象放在一个区，寿命短的对象放在一个区。
不同的区采用不同的垃圾收集算法。寿命短的区清理频次高一点，寿命长的区清理频次低一点。提高效率。

参考

B栈狂神说JVM入门
JVM GC算法