《JVM第8课》垃圾回收算法

为什么要进行垃圾回收？

垃圾是指 JVM 中没有任何引用指向它的对象，如果不及时清理这些垃圾对象，那么它就会一直占用内存，如果垃圾对象越来越多，就会出现OOM了。

要判断对象是否是垃圾对象有两种方式，一、引用计数法。二、可达性分析法。

而要清除垃圾对象有三种常用方式，一、标记-清除算法。二、复制算法。三、标记-整理算法。

1.标记算法

要清除垃圾首先要找到垃圾，JVM是通过什么算法找到堆中的垃圾对象的呢？

1.1 引用计数法

每个对象都保存一个引用计数器属性，用于记录对象被引用的次数。如果计数器为 0 则表示是垃圾对象。

优点：原理简单，计数器为 0 则表示是垃圾对象。

缺点：

1. 需要额外的空间和时间来维护引用计数。
2. （严重） 无法处理循环引用的问题。

循环引用就是A对象里有个B对象的属性，B对象里有个A对象的属性，这样的话A和B的引用计数器都会等于1，永远不会被回收。所以引用计数法很少使用！！！

1.2 可达性分析法

可达性分析法会以GC Roots作为起始点，然后一层一层的去寻找引用的对象，被找到的对象就是存活对象，无法到达的对象就是垃圾对象。

GC Roots是一组引用，基本常用的包括：

• 线程的虚拟机栈的栈帧中的方法参数、局部变量所对应的对象引用
• 线程的本地方法栈的栈帧中的方法参数、局部变量所对应的对象引用
• 方法区中保存的类信息中静态属性、常量属性所对应的对象引用

2.回收算法

2.1 标记-清除算法（Mark-Sweep）

既然我们已经能够找到哪些是垃圾对象，那么我们该怎么去回收这些垃圾对象呢？这里又涉及到一些算法，首先比较简单的就是标记-清除算法。

标记-清除算法是一种非常基础的垃圾回收算法，针对某块内存空间，比如新生代、老年代，如果可用内存不足后，就会STW（暂停用户线程的执行），然后执行算法进行垃圾回收：

1. 标记阶段：从 GC Roots 开始遍历，找到可达对象，并在对象头中进行记录。
2. 清除阶段：堆内存空间进行线性遍历，如果发现对象头中没有记录是可达对象，则回收它。

缺点：

1. 效率不高，和后面讲的算法来比效率确实不高。
2. 内存碎片，对象被清除后会留下一块一块的小内存，由于这些小内存不是连续的，所以很可能不够存储新来的大对象。

优点：

1. 思路简单。

2.2 复制算法（Coping）

复制算法的思想就是空间换时间。它将内存空间分为两块，每次只使用一块，在进行垃圾回收时，会首先STW，然后遍历将可达对象复制到另外没有被使用的内存块中，然后再将当前内存块标记为可重用，后续再按相同的流程进行垃圾回收，两块内存交换着来。这也是为什么新生代中会有 S1 和 S2 两块内存区域的原因。

复制算法只遍历一次，在遍历的同时就把可达对象复制到另一块内存中，而标记-清除算法需要遍历两次，标记和清除各一次。

优点：

1. 只遍历一次，效率高。
2. 不会出现内存碎片。

缺点：

1. 需要更多的内存，始终有一半的空闲内存。
2. 对象复制后，对象的内存地址发生了变化，需要额外的时间修改栈帧中记录的引用地址。
3. 如果可达对象比较多，垃圾对象比较少，那么复制算法的效率就会比较低，所以新生代特别适合复制算法，因为新生代的垃圾对象比较多（但也不绝对）。

2.3 标记-整理算法（Mark-Compact）

第一阶段和标记-清除算法一致，也是标记可达对象，也会STW。

第二阶段将所有存活对象移动到内存的一端。

最后清理边界外的所有空间

优点：

1. 不会出现内存碎片。
2. 也不需要利用额外的内存空间。

缺点：

1. 效率要低于标记清除算法、复制算法。
2. 也需要修改栈帧中的引用地址。

3.三种垃圾回收算法的对比

	标记-清除	标记-整理	复制
速度	中等	最慢	最快
空间开销	少（有碎片）	少（无碎片）	最多
移动对象	否	是	是