终于有一篇能让小白更容易理解GC算法的文章了

￡神魔★判官ぃ 2022-10-22 02:55 130阅读 0赞

> 本篇文章，在学习JVM的过程中，根据书籍（深入理解Java虚拟机）、网络和个人的一些想法总结而成。

你有我有全都有，风风火火闯九州！

你懂我懂咱都懂，风风火火搞定它！

垃圾收集算法到现在（JDK8）有3种，“标记-清除”算法、“标记-复制”算法、“标记-整理”算法。

发展史以及各个算法诞生时要解决的问题，如下图所示。

![GC算法发展史-时间轴图 (1).png][GC_-_ _1_.png]

为了更形象的说明这三种算法的区别和含义，举个例子。

割韭菜怎么割比较好，是个技术活：

> 图片来自百度。

![image.png][]

韭菜地是各种各样的，我们如何才能长的更好？考验技术的时候到了。  
![image.png][image.png 1]

# 一、算法核心思想介绍 #

### 1、标记-清除算法 ###

核心思想：

标记-清除算法就像它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段，先对可回收的对象进行统一标记，在标记完成后再进行统一的回收调被标记的对象。

也可以反过来，先统一标记存活的对象，然后统一回收未被标记的对象。

标记过程就是对对象进行判定是否可回收，是否属于垃圾的过程。

图片演示：  
假如我们有如下内存，我们对其进行使用。  
![image.png][image.png 2]

使用后的结果如下：  
![image.png][image.png 3]

第一步：首先把内存中所有的对象进行检查一遍，是垃圾（可回收）的对象就进行标记。如下图所示，标记成灰色。

![image.png][image.png 4]

第2步：将标记好的对象，也就是灰色区域的清理掉。

![image.png][image.png 5]

**回收前VS回收后**  
![image.png][image.png 6]

可以看到，清理完成后空闲的空间并没有挪动，所以“标记-清理”算法在清理后，整个空间的位置是非常零散的（也就是经常所说的内存碎片，不连续的空间）。

这也就是“标记-清理”算法的不足之处。

> 如果此时来了一个比较占用大内存的对象，而恰好腾出来的空间装不下来，反而如果把不连续的空间组合到一起就满足了。此时就会抛OOM异常（内存溢出）。

它的主要缺点有两个：

*  1、执行效率不稳定，如果Java堆中包含大量对象，而且其中大部分是需要被回收的，此时就会进行大量标记和清除的动作。导致标记

### 2、标记-复制算法 ###

标记-复制算法常被简称为复制算法。为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低的问题。1969年Fenichel提出了一种称为“半区复制”（Semispace Copying）的垃圾收集算法，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。如果内存中多数对象都是存活的，这种算法将会产生大量的内存间复制的开销，但对于多数对象都是可回收的情况，算法需要复制的就是占少数的存活对象，而且每次都是针对整个半区进行内存回收，分配内存时也就不用考虑有空间碎片的复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配即可。这样实现简单，运行高效，不过其缺陷也显而易见，这种复制回收算法的代价是将可用内存缩小为了原来的一半，空间浪费未免太多了一点。

简单点说：

> 标记-复制算法，是为了解决标记-清除算法面对大量可回收对象时执行效率低的问题。它将可用内存按容量划分为大小相等的两块区域，每次只使用其中一块。当这一块的内存用完了，就将还活着的对象复制到另外一块上，然后再把已使用过的内存空间清理掉。

垃圾回收前的状态：  
![image.png][image.png 7]

垃圾回收后的状态：

> 会把另一半中存活的对象，复制到另外一边，然后清除。  
> 如果下次再做垃圾回收的时候，又会复制到另一边，以此类推。

![image.png][image.png 8]

对比图：  
![image.png][image.png 9]

### 3、标记-整理算法 ###

标记-复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会降低。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。

针对老年代对象的存亡特征，1974年Edward Lueders提出了另外一种有针对性的“标记-整理”（Mark-Compact）算法，其中的标记过程仍然与“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内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存，“标记-整理”算法的如下图所示。

标记-清除算法与标记-整理算法的本质差异在于前者是一种非移动式的回收算法，而后者是移动式的。

![image.png][image.png 10]

# 二、总结 #

为了更好记住，抛出一个问题，解答一个问题的形式来说明吧。

面试官问：

> 你了解哪些GC算法，有什么区别，能分别说一下吗？

答：  
我们常见的有三个，分别为“标记-清除”算法、“标记-复制”算法、“标记-整理”算法。

其中标记-清除算法是基础，标记-复制算法和标记-整理算法可以说是在标记-清除算法的基础上得以改进不足从而得到的算法。

*  标记-清除算法就像它的名字一样，分为标记和清除两个阶段。首先对内存中可回收的垃圾对象进行标记，然后统一进行清理。这个标记的过程其实就是判断是否为可回收的垃圾。不足之处就是随着对象的增多，此算法就会消耗很多的时间去完成相应的操作。
 *  标记-复制算法其实就是为了解决标记清除算法效率低的问题。它把内存分为平等的两份空间，每次只使用一份，当触发到垃圾回收时机的时候，会把当前正在使用的这份内存空间中存活的对象，复制到另外一份内存空间，而且是连续的。然后清理刚才复制前的另一空间。不足之处就是如果使用内存达到了50%的情况，就会当作100%的情况，必须借助另外的内存才可以满足，很浪费内存空间。
 *  标记-整理算法是为了解决标记-复制算法内存浪费的问题。标记-整理算法和标记-清理算法差不多，不同之处是，当触发垃圾回收机制的时候，此算法会把存活的对象移动到另一端的内存空间，然后清理掉边界以外的内存空间，而且整理后的内存空间是连续的。

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