垃圾收集算法


标记-清除算法

最基础的收集算法是“标记-清除”(Mark-Sweep)算法,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。之所以说它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缺点进行改进而得到的。

它的主要缺点有两个:


  1. 一个是效率问题,标记和清除过程的效率都不高;
  2. 另外一个是空间问题,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,当程序在以后的运行过程中需要分配较大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图所示。

垃圾收集算法_商业

复制算法

为了解决效率问题,一种称为“复制”(Copying)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,未免太高了一点。复制算法的执行过程如图3-3所示。

垃圾收集算法_执行过程_02

现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代,IBM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​​和其中的一块​​Survivor​ 。当回收时,将​​Eden​​和​​Survivor​​中还存活着的对象一次性地拷贝到另外一块​​Survivor​​空间上,最后清理掉​​Eden​​和刚才用过的​​Survivor​​的空间。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%的内存是会被“浪费”的。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(Handle Promotion)。

标记-整理算法

“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”算法的示意图如图所示。

垃圾收集算法_垃圾收集_03

分代收集算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”(Generational Collection)算法,这种算法并没有什么新的思想,只是根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块,根据情况合理使用前面的几个算法。

一般是把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。


  1. 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。
  2. 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。

注:本文参考自周志明的《深入理解Java虚拟机》,非常感谢大佬的书!