那些年，我们一起迷茫过的垃圾回收(GC算法)

梦里梦外; 2022-05-19 13:59 160阅读 0赞

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Java是一门内存动态分配和垃圾收集技术组成的面向对象的高级程序语言，所谓垃圾收集技术，就是我们托管了我们所创建对象的销毁操作，或者是释放内存的操作，这些操作都是交给JVM的垃圾收集技术来完成，看似简单粗暴，却是隐患多多。当需要排查各种内存溢出、内存泄露问题时，垃圾收集技术就成了我们不得不去深入了解，不得不实施必要的监控和调节，就是我们托管给了GC，但是我们要对GC进行监控和调节(也是符合我国国情的)，下面就着重介绍一下这个垃圾收集技术。

垃圾收集技术要用到垃圾收集器，而垃圾收集器主要是针对Java内存模型中堆中的对象的，是否要回收对象，第一步就要判断这个对象是否还活着(法制社会要讲法)，存活的对象是还要被程序所用到的，不能被回收，而死去的对象，也就是不可能再被任何途径使用的对象，就要被垃圾收集器回收，从而释放珍贵的内存空间，而判断对象是否存活一般有两种算法：引用计数算法和根搜索算法。

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引用计数算法：这个算法实现简单，判定效率也很高，就是给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器的值就加1，当引用失效时，计数器的值就减1，任何时刻计数器都为0的对象，就判定为不可能再被使用的对象，此时就成为了垃圾收集器要回收的目标。不过Java语言中没有使用引用计数算法来管理内存，最主要的原因是因为它很难解决对象之间相互循环引用的问题。上图中对象C和对象D相互引用，无法根据这个算法来回收。

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根搜索算法：这个算法的思路是根据一系列的名为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，也就是从GC Roots到这个对象不可达，就证明这个对象是不可用的，如上图，对象5、6、7虽然之间有引用，但是到GC Roots不可达，它们仍然会被判定为可回收的对象。在Java语言中，可以作为GC Roots对象的有：虚拟机栈中引用的对象、方法区中类静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中JNI引用的对象。

好了，既然判定了哪些对象是该死的，那么就要对这些对象用刑了，也就是垃圾收集算法。垃圾收集算法在Java中有四种：标记-消除算法、复制算法、标记-整理算法、分代收集算法，下面就一一介绍。

1、引用计数算法：

这个算法实现简单，判定效率也很高，就是给对象中添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它，计数器的值就加1，当引用失效时，计数器的值就减1，任何时刻计数器都为0的对象，就判定为不可能再被使用的对象，此时就成为了垃圾收集器要回收的目标。不过Java语言中没有使用引用计数算法来管理内存，最主要的原因是因为它很难解决对象之间相互循环引用的问题。上图中对象C和对象D相互引用，无法根据这个算法来回收。

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2、根搜索算法：

这个算法的思路是根据一系列的名为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，也就是从GC Roots到这个对象不可达，就证明这个对象是不可用的，如上图，对象5、6、7虽然之间有引用，但是到GC Roots不可达，它们仍然会被判定为可回收的对象。在Java语言中，可以作为GC Roots对象的有：虚拟机栈中引用的对象、方法区中类静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中JNI引用的对象。

好了，既然判定了哪些对象是该死的，那么就要对这些对象用刑了，也就是垃圾收集算法。垃圾收集算法在Java中常用的有四种：标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法、分代收集算法，下面就一一介绍。

1、标记-清除算法：

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此算法是最基础的算法，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掉所有被标记的对象。这个算法的主要缺点有两个：一是效率问题，标记和清除的效率都不高；二是空间问题，清除之后会产生大量不连续的内存碎片。

2、复制算法：

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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其中的一块进行内存回收，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。只是这种算法的代价是将内存缩小为原来的一半，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。

3、标记-整理算法：

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复制收集算法在对象存活率较高时就要执行较多的复制操作，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。

4、分代收集算法：

GC分代的基本假设：绝大部分对象的生命周期都非常短暂，存活时间短。“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以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“标记-整理”算法来进行回收。

总结：根据这些常用的垃圾收集算法，我们就有了垃圾收集器，并且还是各种各样的垃圾收集器，其中包括：Serial收集器、ParNew收集器、Parallel Scavenge收集器、Serial Old收集器、Parallel Old收集器、CMS收集器和G1收集器等，这些收集器在后续的文章中介绍，这里就不再赘述了！

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