JVM中常见的垃圾收集算法

这是我参与8月更文挑战的第13天，活动详情查看：8月更文挑战

对于JAVA虚拟机来说，不同的垃圾收集器采用了不同的垃圾收集算法。不同的虚拟机，操作内存的方法也各不相同，下面介绍几种常见垃圾收集算法的思想。

一、标记-清除算法

该算法分为“标记”和“清除”两个阶段

1. 首先标记出所有需要回收的对象
2. 在标记完成后, 统一回收所有被标记的对象

不足之处：

1. 效率问题， 标记和清除两个过程的效率都不高
2. 空间问题， 标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片， 空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时， 无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

二、复制算法

为了解决标记-清除算法的缺陷，复制算法就被提了出来。

该算法内存按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， 然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

这样使得每次都是对整个半区进行内存回收， 内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况， 只要移动堆顶指针， 按顺序分配内存即可， 实现简单， 运行高效。

优点：

1. 对于新生代大多数对象都是朝生夕死的，效率很高

不足之处：

1. 对象存活率较高时就要进行较多的复制操作， 效率将会变低
2. 将内存缩小为了原来的一半， 未免太高了一点

内存使用缩小的解决办法：

不按照1:1的比例来划分内存空间， 而是将内存分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间， 每次使用Eden和其中一块Survivor。

当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上， 最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。

HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1， 也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（ 80%+10%） ， 只有10%的内存会被“ 浪费”

但是没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活， 当Survivor空间不够用时， 需要依赖其他内存（ 这里指老年代） 进行分配担保。

三、标记-整理算法

为了解决复制算法的缺陷，充分利用内存空间，提出了标记-整理算法。

该算法分为“标记”和“整理”两个阶段

1. 首先标记出所有需要回收的对象。
2. 让所有存活的对象都向一端移动， 然后直接清理掉端边界以外的内存。

优点：

1. 消除了标记-清除算法当中，内存区域分散的缺点，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。
2. 消除了复制算法当中，内存减半的高额代价。

不足之处：

1. 从效率上来说，标记-整理算法要低于复制算法。
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（即：STW）。

四、分代收集算法

分代收集算法是目前大部分JVM的垃圾收集器采用的算法。它的核心思想是根据对象存活的生命周期将内存划分为若干个不同的区域。一般情况下将堆区划分为老年代和新生代，老年代的特点是每次垃圾收集时只有少量对象需要被回收，而新生代的特点是每次垃圾回收时都有大量的对象需要被回收，那么就可以根据不同代的特点采取最适合的收集算法，根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。

在新生代中， 每次垃圾收集时都发现有大批对象死去， 只有少量存活， 那就选用复制算法， 只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。

而老年代中，因为对象存活率高、 没有额外空间对它进行分配担保， 就必须使用 “标记—清理” 或者 “标记—整理” 算法来进行回收。