【编程语言】Java虚拟机垃圾回收算法，2020年的面试你准备好了吗

熟悉 Java 的朋友一定知道 Java 虚拟机了，熟练掌握 Java 虚拟机是一个高级工程师的基础素养哦，当然面试官在问到 Java 虚拟机的时候，一定会问到 垃圾回收算法的。

2020年的金三银四很快就要来了，不知道朋友们有没有在夜深人静的时候，放下手机里的小姐姐，仔细捋一捋垃圾回收算法呢？没有也没关系哦，今天我们就来一起捋一下。

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技术背景需要先了解一下

按道理，装逼的正确姿势需要从什么是 Java，Java 的发展史，Java 虚拟机说起的，但我们今天不装逼，假设各位聪明的小伙伴都知道了，我们直奔主题

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哪些内存需要回收

大家都知道，虚拟机的内存结构包括以下五个区域：方法区、堆、虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器。其中，虚拟机栈、本地方法栈、程序计数器是线程私有的区域，随线程生而生，随线程灭而灭，所以不存在垃圾回收的说法。我们重点需要关注的是堆和方法区两个区域。

在回收之前，需要知道哪些对象可以回收，哪些对象不可以被回收。这就需要知道哪些对象不可回收的算法。

1、引用计数算法

引用计数算法是垃圾回收的早期策略，也是一个非常简单和高效的策略。主要原理是：给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用到这个对象时，就给对应的计数器加1；当引用失效，超过了生命周期或者设置为一个新值时，就给计数器减1. 任何计数器为0的对象，就是垃圾收集的对象了。

但是有一个缺点是，它很难解决对象之间的循环引用问题。

比如，对象1的一个属性引用了对象2，对象2的一个属性引用了对象1，当把对象1和对象2都设置为 null 时，堆中它们的属性仍然引用着对方，导致永远都不可能被回收了。

2、可达性分析算法

主流的商用编程语言，如 Java，C#，古老的 Lisp，的实现都是用可达性分析算法来判定对象是否存活的。它的理论基础是离散数学的图论，即把所有的引用关系看成是一张图，通过一系列的称为 “GC Roots” 的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，直到遍历完所有对象，最终那些没有被遍历到的对象就可以被判定位可回收的对象。

如上图，ObjD 和 Obj E，就是可以回收的对象

三

常用的垃圾回收算法

说了半天，终于到主角登场了。

1、标记-清除算法

顾名思义，算法分为 “标记” 和 “清除” 两个阶段。

标记阶段，根据上文提到的垃圾判定的算法来标记哪些对象时垃圾；

清除阶段，标记完成后，统一回收所有被标记对象。

它是最基础的算法，因为后续的算法都是基于这种思路，并且对其不足的地方改进后得到的。

它有两个缺点，一是效率不高，标记和清除两个阶段的效率都不高；二是空间问题，标记清除之后，会产生大量的不连续的内存碎片。

2、复制算法

复制算法的提出是为了克服效率和碎片过多的问题。它的基本思想是：将内存分为大小相同的两块，每次只使用其中的一块。当其中一块的对象满了，就用标记算法，将还存活的对象移动到另外一块上，然后一次性回收掉这一块对象。

因为每次都是对一整块内容进行回收，也就不用考虑内存碎片等复杂的情况，只要移动栈顶的指针，按顺序分配内存即可。

现代的商业虚拟机都是采用这种算法来回收新生代。但是不是 1:1 分配的，而是将内存分为一块较大的 Eden 区和两块较小的 Survivor 区。每次只使用 Eden 和 其中一块 Survivor 区。每次回收时，把 Eden 和 一块 Survivor 区还存活的对象一次性复制到 另一块 Survivor 区来，最后清理掉 Eden 和 其中一块 Survivor 区。

3、标记整理算法

标记 - 整理算法 采用 和 标记 - 清除算法一样的方式进行对象的标记，但在清除时不同，不是直接清除，而是把所有的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存

4、分代收集算法

当代虚拟机的垃圾都是采用了 “分代收集” 算法，它并没有新的思想，而是根据对象声明周期不同，将内存 划分为若干个不同的区域，一般讲内存划分为“新生代”和“老年代”，在堆之外，还有一个“永久代”。

在 “新生代” 中，每次都有大量的垃圾需要回收，那就选用复制算法；而在 “老年代” 中，对象的存活率高，就必须使用 “标记 - 清理” 或者 “标记 - 整理” 的算法来进行回收。

好了，到这里为止，垃圾回收的相关算法思想都讲完了，但是还是远远不够的，因为不同的垃圾收集器，使用了不同的垃圾回收算法，回收的策略也会不一样，后续还会继续更新。

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