JVM原理（四）：JVM垃圾收集算法与分代收集理论

从如何判定消亡的角度出发，垃圾收集算法可以划分为“引用计数式垃圾收集”和“追踪式垃圾收集”两大类。

本文主要介绍的是追踪式垃圾收集。

1. 分代收集理论

当代垃圾收集器大多遵循“分代收集”的理论进行设计，它建立在两个假说之上：

• 弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕灭的。

• 强分代假说：熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡。

以上两个假说共同奠定多款垃圾收集器的设计原则：收集器应将Java堆划分出不同的区域，然后将回收对象依据其年龄分配到不同的区域中存储。

回收类型划分：将Java堆划分出不同区域之后，垃圾收集器每次只回收其中某一个或某部分区域——因而才有“Minor GC”、“Major GC”、“Full GC”这样的回收类型划分。同时也发展出“标记-复制算法”，“标记-清除算法”、“标记-整理算法”等针对性的收集算法。

第三个假说的添加：

• 跨代引用假说：跨代引用相对于同代引用来说仅占极少数。存在互相引用关系的两个对象，是应该倾向于同时生存或同时消亡。

垃圾收集器名词：

• 部分收集(Partial GC)：指目标不是完整手机整个Java堆的垃圾收集，其中又分为

  • 新生代收集(Minor GC)：指目标只是新生代的垃圾收集。

  • 老年代收集(Major GC)：指目标只是老年代的垃圾收集。。目前只有CMS收集器会有单独收集老年代的行为。

  • 混合收集(Mixed GC)：指目标是收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。目前只有G1收集器会有这种行为。

• 整堆收集：收集整个Java堆和方法去的垃圾收集。

2. 标记-清除算法

标签：最早出现也是最基础的垃圾收集算法。

过程：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。也可以反过来。

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优点：

缺点：

• 执行效率不稳定。

• 产生空间碎片化问题，对清除后的对象分配内存不利。

3. 标记-复制算法

标签：为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低的问题。

过程：将内存划分为两块相等的大小，每次只使用其中的一块。进行垃圾收集时，将存活的对象复制到另外一块，再把使用的内存块清理掉。

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优点：实现简单，运行高效

缺点：代价是将可用内存空间缩小一半。

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附录

现在商业Java虚拟机大多采用这种算法进行收集，IBM曾进行过统计，新生代的百分之98的对象都熬不多第一次收集，因此不必用1：1比例来划分空间。

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理论进阶（HotSpot使用的）

“Appel 回收”：Appel式回收把新生代分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次分配内存只使用Eden和其中一块Survivor。

过程：发生垃圾收集时，将Eden和Survivor中仍存活的对象一次性复制到另外一块Survivor上，然后清理Eden和已使用的Survivor。当Survivor空间不足以容纳一次Minor GC之后的存活对象，就需要老年代进行分担。

4. 标记-整理算法

标签：在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率会更低，对标记-清除算法的一种改进。

过程：发生垃圾收集时，将存活的对象标记，然后清除回收未标记的对象，然后再进行排序。

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优点：合理利用空间，内存空间划分规整。

缺点：在进行整理的时候，会暂停对象的分配，我们称之为“stop the world”。