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深入理解Java虚拟机笔记---垃圾收集算法

当对象判定为"已死"状态,虚拟就要采取一定的手段将这些对象从内存中移除,即回收垃圾,回收过程有采用一定的算法。如下是一些主要的垃圾收集算法:

1.标记-清除算法

该算法是最基础的算法,分为“标记”和“清除”两个阶段:首先标记出所有需要回收的对象,在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。之所有说它是最基础的算法是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其缺点进行改进得到的。它的缺点主要有两个:一个是效率问题,标记和清除过程效率都不高;另外一个是空间问题,标记清除后会产生大量不连线内存碎片,内存碎片太多导致当程序运行进需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集操作。标记-清除算法的执行过程如下图:

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2.复制算法

为了解决效率问题,“复制”收集算法出现了,它将可用内存按容量分为大小相等的两块,每只使用其中一块。当这一块内存使用完了,就将还存活着的对象复制到另外一块上,然后再把已使用过的内存空间一次性清理空。这样使得每次都是对其中一块进行内存回收,内存分配时也不用考虑内存碎片的问题,只需要移动堆顶指针,按顺序分配内存即可,实现简单,运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半,代价太高了一点。复制算法执行过程如下图:

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现在商业虚拟机都是采用这种算法来回收新生代,IBM的专门研究表明,新生代中的对象98%是朝生夕死的,生命周期很短,所以并不需要按照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空间与两块较小的Survivor空间,每次使用Eden与其中一块Survivor空间。当回收时,将Eden与Survivor中还存活的对象一次性地拷贝到另外一块Survivor空间中,最后清理掉Eden和刚才使用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor空间比例为8:1,也就是每次新生代中可用内存为整个新生代容量的90%(80%+10%),只有10%的新生代内存是“浪费”的。当然,98%的对象可回收只是一般场景下的数据,但没有办法保证每回收都只有不多于10%对象存活,当Survivor空间不足时,需要依赖其它内存(老年代)进行分配担保。

3.标记-整理算法

复制算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作,效率将会变低,如果不想浪费50%的空间,就需要有额外的空间进行担保,以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况,所以在老年代一般不能直接选用这种算法。
根据老年代的特点,“标记-整理”算法被提出,标记过程仍然与“标记-清除”算法一样,但后续步骤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一端移动,然后直接清除掉端边界以外的内存。“标记-整理”算法执行示意图如下:

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4.分代收集算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”(Generational Collection)算法,该算法将根据对象存活周期不同将内存划分为几块。一般把Java堆分为新生代与老年代,这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中,每次垃圾收集都发现有大量对象死去,只有少量对象存活,就选得复制收集算法,只要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、没有额外的空间对其进行分配担保,就必须使用“标记-清除”或“标记-整理”算法进行回收。

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