这一篇文章我们来熟悉下JVM中各种垃圾回收算法。这些垃圾收集算法是后面各种垃圾收集器的算法基础。闲话少叙,让我们直入主题。
标记-清除算法分为"标记"和"清除"两个阶段,首先标记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,也可以反过来,标记存活的对象,统一回收未标记的对象,标记的过程就是对象是否属于垃圾的判定过程,一般是通过可达性分析算法,也就是说某个对象到GC Root间是否有引用链相连,如果没有则判断该对象不再被使用,也就是说是可以被回收的。如下图所示,标黄的内存块,在标记之后,就被清除了,留下来不少的内存碎片。
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标记-复制算法将可用的内存容量划分为大小相等的两块,每次只使用其中的一块,当这一块的内存用完了,就将还存活着的对象复制到另外一块上面,然后再把已使用的内存空间一次清理掉。如果内存中多数对象都是存活的,这种算法将会产生大量的内存间复制的开销,但对于多数对象都是可回收的情况下,算法需要复制的就是占少数的存活对象。而且每次都是针对整个半区进行内存回收,分配内存时就不用考虑有内存碎片的复杂情况了。如下图所示:回收之后将存活的对象全部移动到原来的保留区域。
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在1989年,Andrew Appel针对具备"朝生夕灭"特点的对象,提出了一种更优化的半区复制分代策略,称之为"Appel式回收"。Appel式回收的具体做法就是把新生代分为一块较大的Eden和Survivor中仍然存活的对象一次性复制到另一块Survivor空间上,然后直接清理掉Eden和已用过的那块Survivor空间,HotSpot虚拟机 默认Eden和Survivor的大小比例是8:1,也即每次新生代可用空间为整个新生代容量的90%(Eden的80%加上一个Survivor的10%),只有一个Survivor空间,即10%的新生代会被"浪费"掉。
标记-复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作,效率将会降低。更关键的是,如果不想浪费50%的空间,就需要有额外的空间进行分配担保,以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况。所以老年代一般不能直接选用这种算法。所以,针对老年代的垃圾收集,有标记-整理算法,首先还是标记所有需要回收的对象,然后让所有存活的对象都向内存一端移动,然后,直接清理掉边界以外的内存。 如果移动存活对象,尤其是在老年代这种每次回收都有大量对象存活区域,移动存活对象并更新所有引用这些对象的地方将会是一种极为负重的操作。而且这种对象移动操作必须全程暂停用户应用程序才能进行。移动对象则内存回收时会更复杂,不移动则内存分配时会更复杂,从垃圾收集的停顿时间来看,不移动对象停顿时间会更短,甚至不需要停顿,但是从整个程序的吞吐量来看,移动对象会更划算。关注吞吐量的Parallel Scavenge收集器是基于标记-整理算法的,而关注延迟的CMS收集器则是基于标记-清除算法的。标记-整理算法清理过程如下图所示:
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前面提到了保守式,简单的来说,保守式GC(Conservative GC)指的是"不能识别指针和非指针的GC"。
本文简单的介绍了JVM中几个基本的垃圾回收算法,主要是标记-清除算法,标记-复制算法和标记-整理算法。每个算法都有各自的优缺点。一般而言新生代采用标记-清除算法和标记-复制算法居多,老年代会采用标记-整理算法。