垃圾回收相关算法

目录

• 垃圾标记阶段
  • 对象存活判断
  • 引用计数算法
  • 可达性分析算法
• 垃圾清除阶段
  • 标记-清除算法
  • 复制算法
  • 标记压缩算法
• 分代收集算法
• 增理收集算法
• 分区算法

垃圾标记阶段

对象存活判断

在堆里存放着几乎所有的Java对象实例，在GC执行垃圾回收之前，首先需要区分出内存中哪些是存活对象，哪些是已经死亡的对象。只有被标记为己经死亡的对象，GC才会在执行垃圾回收时，释放掉其所占用的内存空间，因此这个过程我们可以称为垃圾标记阶段

引用计数算法

1. 最早的也是最简单的垃圾回收实现方法，这种方法为占用物理空间的对象附加一个计数器，当有其他对象引用这个对象时计数器加一，反之引用解除时减一。这种算法会定期检查尚未被回收的对象的计数器，为零的话则回收其所占物理空间，因为此时的对象已经无法访问。这种方法无法回收循环引用的存储对象
2. 优点：实现简单，垃圾对象便于辨识，回收没有延迟性
3. 缺点
   3.1 它需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销
   3.2 每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，这增加了时间开销
   3.3 无法回收循环引用的存储对象，因为这个导致Java的垃圾回收器中没有采用这个算法

可达性分析算法

1. 通过分析某些“根”对象的引用关系，来确定需要保留的可访问对象，并释放其余的不可访问对象的内存空间
2. 所谓"GC Roots"根集合是一组必须活跃的引用
3. 可达性分析算法是以根对象集合(GC Roots)为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达
4. 使用可达性分析算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链(Reference Chain)
5. 如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象己经死亡，可以标记为垃圾对象
6. 在可达性分析算法中，只有能够被根对象集合直接或者间接连接的对象才是存活对象
7. GC Roots包含以下几类元素
   7.1 虚拟机栈中引用的对象
   7.2 本地方法栈内JNI引用的对象
   7.3 方法区中类静态属性引用的变量
   7.4 方法区中常量引用的对象
   7.5 所有被同步锁持有的对象
   7.6 Java虚拟机内部的引用
   7.7 反映java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回调、本地代码缓存等
8. 如果使用可达性分析算法，分析工作必须在一个能保障一致性的快照中进行，这也是进行GC会导致"Stop The World"的重要原因

垃圾清除阶段

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。|

标记-清除算法

1. 先暂停整个程序的全部运行线程，让回收线程以单线程进行扫描标记，并进行直接清除回收，然后回收完成后，恢复运行线程。这样会产生大量的空闲空间碎片，使大容量对象不容易获得连续的内存空间，而造成空间浪费。
2. 缺点
   2.1 效率较低
   2.2 在进行GC时，需要停止整个成员，用户体验差
   2.3 这样会产生大量的空闲空间碎片，需要维护一个空闲列表
3. 这里的清除是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表中，有新对象要加载时，判断垃圾的位置空间是否足够，足够就存放

复制算法

1. 需要程序将所拥有的内存空间分成两个部分。程序运行所需的存储对象先存储在其中一个分区（定义为“分区0”）。同样暂停整个程序的全部运行线程，进行标记后，回收期间将保留的存储对象搬运汇集到另一个分区（定义为“分区1”），完成回收，程序在本次回收后将接下来产生的存储对象会存储到“分区1”。在下一次回收时，两个分区的角色对调
2. 优点
   2.1 没有标记和清除的过程，运行高效
   2.2 不会出现"碎片"的问题
3. 缺点
   3.1 需要2倍的空间
   3.2 对于G1这种分拆成为大量region的Gc，复制而不是移动，意味着cc需要维护region之间对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小
4. 复制算法需要复制的存活对象数量特别低，比如新生代

标记压缩算法

1. 和“标记－清除”相似，不同的是，回收期间同时会将保留的存储对象搬运汇集到连续的内存空间，从而整合空闲空间，避免内存碎片化
2. 优点
   2.1 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
   2.2 消除了复制算法当中，内存减半的高额代价
3. 缺点
   3.1 从效率上来说，标记-整理算法要低于复制算法
   3.2 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
   3.3 移动过程中，需要全程暂停用户应用程序。即:STW

分代收集算法

依照对象存活时间的长短使用不同的垃圾收集算法，以达到最好的收集性能

增理收集算法

1. 需要程序将所拥有的内存空间分成若干分区。程序运行所需的存储对象会分布在这些分区中，每次只对其中一个分区进行回收操作，从而避免暂停所有正在运行的线程来进行回收，允许部分线程在不影响回收行为下保持运行，并且降低回收时间，增加程序响应速度。
2. 总的来说，增量收集算法的基础仍是传统的标记-清除和复制算法。增量收集算法通过对线程间冲突的妥善处理，允许垃圾收集线程以分阶段的方式完成标记、清理或复制工作。
3. 因为线程切换和上下文转换的消耗，使得垃圾回收的成本上升，造成系统吞吐量的下降。

分区算法

1. 为了更好地控制GC产生的停顿时间，将一块大的内存区域分割成多个小块，根据目标的停顿时间，每次合理地回收若干个小区间，而不是整个堆空间，从而减少一次Gc所产生的停顿。
2. 分代算法将按照对象的生命周期长短划分成两个部分，分区算法将整个堆空间划分成连续的不同小区间。
3. 每一个小区间都独立使用，独立回收。这种算法的好处是可以控制一次回收多少个小区间。