JVM中垃圾回收相关算法 - 值得了解一下的，因为早晚得了解

JVM中垃圾回收相关算法 - 我想是值得你了解一下的，因为早晚得了解。😁 概要：当成功区分出内存中存活对象和死亡对象后，GC接下来的任务就是执行垃圾回收，释放掉无用对象所占用的内存空间，以便有足够的可用内存空间为新对象分配内存。目前在JVM中比较常见的三种垃圾收集算法是：标记一清除算法（Mark-Sweep）复制算法（copying）标记-压缩算法（Mark-Compact）

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地点：湖南省永州市蓝山县舜河村 作者：用心笑*😀

JVM 垃圾回收相关算法

• 一、标记-清除算法
  • 1）标记：
  • 2）清除：
• 二、标记-复制算法
  • 2.1、概述：
  • 2.2、图示
  • 2.3、优缺点
    • 优点
    • 缺点
• 2.4、注意

• 三、标记-整理算法（标记-压缩算法）
  • 3.1、概述
  • 3.2、标记-清除与标记整理算法区别
  • 3.3、优缺点
  • 3.4、小结
• 四、自言自语

一、标记-清除算法

标记-清扫式垃圾回收器是一种直接的全面停顿算法。简单的说，它们找出所有不可达的对象，并将它们放入空闲列表Free。

1）标记：

标记的过程其实就是，遍历所有的GC Roots，然后将所有GC Roots可达的对象标记为存活的对象。

如下图：

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2）清除：

清除的时候将遍历堆中所有的对象，将没有标记到的对象全部给清理掉

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这里所谓的清除并不是真的置空，而是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表里。下次有新对象需要加载时，判断垃圾的位置空间是否够，如果够，就存放覆盖原有的地址。

• 如果内存规整
  • 采用指针碰撞的方式进行内存分配
• 如果内存不规整
  • 虚拟机需要维护一个列表
  • 空闲列表分配

优点：优点就是简单理解，容易实现。内存消耗较小。

缺点：1)不管标记还是没有标记，都需要进行整体扫描一遍，效率低；2) 进行GC 时，会停止用户程序，并且时间开销大，对用户体验较差;3)垃圾回收清理出来的空间内存，内存可能是不连续的，这就可能会产生内碎片（操作系统方面知识），就需要再维护一个空列表。

二、标记-复制算法

2.1、概述：

为了解决标记 - 清除算法在垃圾收集效率方而的缺陷M.L.Minsky于1963 年发表了著名的论文， “ 使用双存储区的Lisp语言垃圾收集器CA LISP Garbage CoIIector Algorithm Using SeriaI Secondary Storage 。M.L.Minsky 在该论文中描述的算法被人们称为复制(copying) 算法， 它也被M.L.Minsky 本人成功地引入到了Lisp语言的一个实现版本中。

GC复制算法原理是把内存分为两个空间一个是From空间，一个是To空间，对象一开始只在From空间分配，To空间是空闲的。GC时把存活的对象从From空间复制粘贴到To空间，之后把To空间变成新的From空间，原来的From空间变成To空间。回收前后对比下图所示

2.2、图示

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应用场景：目前JVM大都使用在新生代的垃圾回收中。

2.3、优缺点

对于任意的GC算法我们都可以从吞吐量(GC延迟)，内存的分配效率，内存碎片化，堆的使用效率这个几个方面评估。

优点

• GC复制算法只搜索并复制存活的对象，少了访问整堆和构造空闲链表的操作能够在短时间内完成GC。换言之，GC复制的吞吐量要比标记-清除要优秀，并且堆越大这种差距越明显。
• 内存的分配效率：GC复制算法不使用空闲链表，因为分块本身就是一个连续的空间。只要新建的对象不超过剩余空间的大小，只需要移动指针即可~。所以GC复制算法的分配效率非常的高效。
• 复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片”问题。

缺点

• 此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍的内存空间。
• 复制而不是移动，意味着GC需要维护两块内存之间对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小

2.4、注意

复制算法还有一个情况：如果系统中的垃圾对象很多，复制算法需要复制的存活对象数量并不会太大，或者说非常低才行（老年代大量的对象存活，那么复制的对象将会有很多，效率会很低），所以复制算法大都是应用在新生代中的垃圾回收。

三、标记-整理算法（标记-压缩算法）

3.1、概述

复制算法的高效性是建立在存活对象少、垃圾对象多的前提下的，这种情况在新生代经常发生，老年代很难出现这种情况。

标记一清除算法的确可以应用在老年代中，但是该算法不仅执行效率低下，而且在执行完内存回收后还会产生内存碎片，所以JVM的设计者认为前两种都有问题，即提出了第三种垃圾收集算法：标记-整理算法，可以说是整合了前两种的优势。

前面标记部分同标记清除部分，不同的地方在于，标记清除中只是把可回收的对象进行垃圾回收，不会对剩余的内存空间进行整理，而标记整理则会对存活的对象进行整理，截图对比如下所示：

3.2、标记-清除与标记整理算法区别

标记-压缩算法的最终效果等同于标记-清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片整理，因此，也可以把它称为标记-清除-压缩（Mark-Sweep-Compact）算法。

二者的本质差异在于标记-清除算法是一种非移动式的回收算法，标记-压缩是移动式的。是否移动回收后的存活对象是一项优缺点并存的风险决策。可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。

3.3、优缺点

优点： 则是一定程度上解决了前两种算法的缺陷，1）消除了标记-清除算法当中，内存区域分散的缺点；2）不用像复制算法一样，内存减半的高额代价。

缺点：

1）从效率上讲，是不如复制算法的。

2）移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调整引用的地址

3）移动过程中，需要全程暂停用户应用程序。

3.4、小结

结论：没有最好的算法，只有最合适的算法。（不然那还有这么多算法的存在勒）

堆部分中年轻代是是使用标记-复制算法进行垃圾回收，主要是因为年轻代里的对象存活时间比较短，大都朝生夕死，一次可以清除大部分对象，这样只需要把少数对象移到另一块内存中去，效率很高。

但是在老年代中，就不一样了，老年代老年代，你一听就知道这里面对象的存活时间很长，而且大多数对象都会活很久，如果使用复制算法，每次清除的对象很少，需要移动的对象很多，效率很低。那么使用标记-整理或者标记-清除更加合适，效率也会比较高。

四、自言自语

每天的生活，慢慢变的充实，未来很长，我们一起努力！！！