深入浅出JVM：垃圾回收算法

墨蓝 2024-03-24 10:41 17阅读 0赞

垃圾回收算法有多种，适用于不同的场景，不同的垃圾收集器使用不同的算法

本篇文章将围绕垃圾回收算法，深入浅出的解析垃圾回收分类以及各种垃圾回收算法

#### 垃圾回收算法 ####

垃圾回收分类

垃圾收集器有着多种GC方式，不同的GC方式有自己的特点，回收的堆内存部分也不同

堆内存分为新生代和老年代，新生代存储“年轻”的对象，老年代存储“老”或内存大的对象，对象年龄由经历多少次GC来判断

其中整堆收集时不仅会回收整个堆还会回收元空间（直接内存）

*  **部分收集(Partial GC): 收集目标是部分空间**
    
     *  **新生代收集(Minor GC/ Young GC)：收集新生代Eden、Survive to、Survive from区**
     *  **老年代收集(MajorGC/Old GC)：收集老年代**
     *  **混合收集(Mixed GC)：收集整个新生代和部分老年代**
 *  **整堆收集(Full GC): 整个堆 + 元空间**

标记-清除算法

**Mark-Sweep**

**标记：从GCRoots开始遍历引用链，标记所有可达对象 (在对象头中标记)**

**清除：从堆内存开始线性遍历，发现某个对象没被标记时对它进行回收**

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标记-清除算法实现简单、不需要改变引用地址，但是需要两次遍历扫描效率不高，并且会出现内存碎片

注意：这里的清除并不是真正意义上的回收内存，只是更新空闲列表（标记这块内存地址为空闲，后续有新对象需要使用就覆盖）

复制算法

**Copying**

Survive区分为两块容量一样的Survive to区和Survive from区

每次GC将Eden区和Survive from区存活的对象放入Survive to区，此时Survive to区改名为Survive from区，原来的Survive from区改名为Survive to区 ***保证Survive to区总是空闲的***

如果Survive from区的对象经过一定次数的GC后(默认15次)，把它放入老年代

> 流程图

注意：图中的dean为Eden区（写错）

![format_png][]

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注意：最终的survive from区存活对象占用的内存应该是（那两块蓝色）挨着一起的，图中为了标识字分开来了

**复制算法不需要遍历，并且不会产生内存碎片，但是会浪费survive区一半的内存，移动对象时需要STW暂停用户线程，并且复制后会改变引用地址**（hotspot使用直接指针访问，还要改变栈中reference执行新引用地址）

如果复制算法中对象存活率太高会导致十分消耗资源，因此一般只有新生代才使用复制算法

标记-整理算法

**Mark-Compact**

**标记：从GCRoots开始遍历引用链，标记所有可达对象（在对象头中标记）** （与标记-清除算法一致）

**整理：让所有存活对象往内存空间一端移动，然后直接清理掉边界以外的所有内存**

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**标记-整理算法不会出现内存碎片也不会浪费空间，但是效率低（比标记-清除还多了整理功能），移动对象导致STW和改变reference指向**

如果不移动对象会产生内存碎片，内存碎片过多，将无法为大对象分配内存

还有种方法:多次标记-清除，等内存碎片多了再进行标记-整理

分代收集算法

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th></th> 
   <th>标记清除mark-sweep</th> 
   <th>复制copying</th> 
   <th>标记整理mark-compact</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>速度</td> 
   <td>中</td> 
   <td>快</td> 
   <td>慢</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>GC后是否需要移动对象</td> 
   <td>不移动对象</td> 
   <td>移动对象</td> 
   <td>移动对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>GC后是否存在内存碎片</td> 
   <td>存在内存碎片</td> 
   <td>不存在内存碎片</td> 
   <td>不存在内存碎片</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

需要移动对象 意味着 要改变改对象引用地址 也就是说要改变栈中`reference`指向改对象的引用地址，并且会发生STW停顿用户线程

当空间中存在大量内存碎片时，可能导致大对象无法存储

**分代收集算法 : 对待不同生命周期的对象可以采用不同的回收算法**（不同场景采用不同算法）

**年轻代: 对象生命周期短、存活率低、回收频繁，采用复制算法，高效**

**老年代: 对象生命周期长、存活率高、回收没年轻代频繁，采用标记-清除 或混用 标记-整理**

增量收集算法

mark-sweep、copying、mark-compact算法都存在STW，如果垃圾回收时间很长，会严重影响用户线程的响应

**增量收集算法: 采用用户线程与垃圾收集线程交替执行**

**增量收集算法能够提高用户线程的响应时间，但存在GC、用户线程切换的开销，降低了吞吐量，GC成本变大**

分区算法

堆空间越大，GC时间就会越长，用户线程响应就越慢

**分区算法: 将堆空间划分为连续不同的区，根据要求的停顿时间合理回收n个区，而不是一下回收整个堆**

每个区独立使用，独立回收，根据能承受的停顿时间控制一次回收多少个区

G1收集器以及两块低延迟收集器Shenandoah、ZGC就使用到这种分区算法

#### 总结 ####

本篇文章围绕垃圾回收算法，深入浅出解析垃圾回收分类、标记清除、复制、标记整理、分代收集、增量收集、分区算法等多种算法

**从垃圾回收空间上划分可以分为Full GC回收整个堆加上元空间、Minor GC回收新生代、major GC回收老年代、mixed GC回收新生代加老年代**

**标记清除算法会遍历引用链标记可达对象从而清理不可达对象，会产生内存碎片，速度一般**

**复制算法不会产生内存碎片，并且速度很快，但是会浪费survivor区一半空间，并且会移动对象**

**标记整理算法在标记清理基础上增加整理功能，不会产生内存碎片，但会移动对象，速度慢**

**不同的算法有不同的特点，应对新生代可以使用复制算法，应对老年代可以使用标签清除/整理算法**

**增量收集使用GC、用户线程交替执行，虽然降低用户响应，但线程切换、吞吐量下降会增加GC成本**

**分区算法将堆内存划分为多个区，根据能够接收的停顿时间来回收性价比高的多个区，停顿时间既在能够接收时间内，又能够回收性能比高的区**

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