JVM虚拟机中的清洁工
JVM虚拟机中的清洁工
— 垃圾收集算法
一、标记-清除算法
最基础的收集算法是“标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如同他的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。之所以说他是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。他的主要不足有两个：一个是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；另一个是空间问题，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的对象时，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。标记-清除算法的执行过程如下图所示。
二、复制算法
为了解决效率问题，一种称为“复制”的收集算法出现了，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着对象复制到另一块上面，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，内存分配时也不用考虑内存碎片等复杂情况，只要一定堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，未免太高了一点。复制算法的执行过程如下图：
现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，IBM公司的专门研究表明，新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照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和其中一个Survivor。当回收时，将Eden和Survivor钟还存活这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”。当然，98%的对象可回收只是一般的场景下的数据，我们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）进行分配担保内存的分配担保就好比我们去银行借款，如果我们信用很好，在98%的情况下都能按时偿还，于是银行可能会默认我们下一次也能按时按量地偿还贷款，只需要有一个担保人能保证如果我不能还款时，可以从他的账户扣钱，那银行就认为没有风险了，内存的分配担保也一样，如果另外一块Survivor空间没有足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象时，这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。
三、标记-整理算法
复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会变低。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，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。
根据老年代的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是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，“标记-整理”算法的示意图如下图所示。
四、分代收集算法
这种算法并不是一种新的算法，而是根据对象的存活周期的不同而将内存分为几块，分别为新生代、老年代和永久代。
新生代：朝生夕灭的对象（例如：方法的局部变量等）。
老年代：存活得比较久，但还是要死的对象（例如：缓存对象、单例对象等）。
永久代：对象生成后几乎不灭的对象（例如：加载过的类信息）。
回想一下之前jvm对内存的划分，我们可能就已经猜到了，新生代和老年代都在java堆，永久代在方法区。
现在，我们来看看分代收集算法是如何针对堆内存进行回收的。
新生代：采用复制算法，新生代对象一般存活率较低，因此可以不使用50%的内存作为空闲，一般的，使用两块10%的内存作为空闲和活动区间，而另外80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生GC，将10%的活动区间与另外80%中存活的对象转移到10%的空闲区间，接下来，将之前90%的内存全部释放，以此类推，下面还是用一张图来说明：
解释下，堆大小=新生代+老年代，新生代与老年代的比例为1：2，新生代细分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，分别被命名为from和to。
老年代：老年代中使用“标记-清除”或者“标记-整理”算法进行垃圾回收，回收次数相对较少，每次回收时间比较长。
方法区对象回收永久代指的是虚拟机内存中的方法区，永久代垃圾回收比较少，效率也比较低，但也必须进行垃圾回收，否则永久代内存不够用时仍然会抛出OutOfMemoryError异常。永久代也使用“标记-清除”或者“标记-整理”算法进行垃圾回收。
素材 \ Java兴趣工作室
编辑 \ 韩海
审稿 \ 任腾飞、张晓艺
编审 \ 徐立先
终审 \ 丁爱国