JVM GC算法

Marlowe

Java

发布于：Apr 9, 2020

次浏览

1.5k words

5 min

两个概念：

新生代： 存放生命周期较短的对象的区域。
老年代： 存放生命周期较长的对象的区域。

相同点： 都在Java堆上。

1. 标记-清除算法

执行步骤：

标记：遍历内存区域，对需要回收的对象打上标记。
清除：再次遍历内存，对已经标记过的内存进行回收。

图解：

缺点：

效率问题；遍历了两次内存空间（第一次标记，第二次清除）。
空间问题：容易产生大量内存碎片，当再需要一块比较大的内存时，无法找到一块满足要求的，因而不得不再次出发GC。

2. 复制算法

将内存划分为等大的两块，每次只使用其中的一块。当一块用完了，触发GC时，将该块中存活的对象复制到另一块区域，然后一次性清理掉这块没有用的内存。下次触发GC时将那块中存活的的又复制到这块，然后抹掉那块，循环往复。

图解

优点

相对于标记–清理算法解决了内存的碎片化问题。
效率更高（清理内存时，记住首尾地址，一次性抹掉）。

缺点：

内存利用率不高，每次只能使用一半内存。

改进

研究表明，新生代中的对象大都是“朝生夕死”的，即生命周期非常短而且对象活得越久则越难被回收。在发生GC时，需要回收的对象特别多，存活的特别少，因此需要搬移到另一块内存的对象非常少，所以不需要1：1划分内存空间。而是将整个新生代按照8 ： 1 ： 1的比例划分为三块，最大的称为Eden（伊甸园）区，较小的两块分别称为To Survivor和From Survivor。

首次GC时，只需要将Eden存活的对象复制到To。然后将Eden区整体回收。再次GC时，将Eden和To存活的复制到From，循环往复这个过程。这样每次新生代中可用的内存就占整个新生代的90%，大大提高了内存利用率。

但不能保证每次存活的对象就永远少于新生代整体的10%，此时复制过去是存不下的，因此这里会用到另一块内存，称为老年代，进行分配担保，将对象存储到老年代。若还不够，就会抛出OOM。

老年代：存放新生代中经过多次回收仍然存活的对象（默认15次）。

3. 标记-整理算法

因为前面的复制算法当对象的存活率比较高时，这样一直复制过来，复制过去，没啥意义，且浪费时间。所以针对老年代提出了“标记整理”算法。

执行步骤：

标记：对需要回收的进行标记
整理：让存活的对象，向内存的一端移动，然后直接清理掉没有用的内存。

图解：

4. 分代收集算法

当前大多商用虚拟机都采用这种分代收集算法，这个算法并没有新的内容，只是根据对象的存活的时间的长短，将内存分为了新生代和老年代，这样就可以针对不同的区域，采取对应的算法。如：

新生代，每次都有大量对象死亡，有老年代作为内存担保，采取复制算法。
老年代，对象存活时间长，采用标记整理，或者标记清理算法都可。

为什么采用分代收集算法？

这是基于两个共识

绝大多数对象都是朝生夕死的
熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡

这两个分代假说共同奠定了多款常用的垃圾收集器的一致的设计原则:收集器应该将Java堆划分出不同的区域，然后将回收对象依据其年龄(年龄即对象熬过垃圾收集过程的次数)分配到不同的区域之中存储。显而易见，如果一个区域中大多数对象都是朝生夕灭，难以熬过垃圾收集过程的话，那么把它们集中放在一起，每次回收时只关注如何保留少量存活而不是去标记那些大量将要被回收的对象，就能以较低代价回收到大量的空间;如果剩下的都是难以消亡的对象，那把它们集中放在一块，虚拟机便可以使用较低的频率来回收这个区域，这就同时兼顾了垃圾收集的时间开销和内存的空间有效利用。

在Java堆划分出不同的区域之后，垃圾收集器才可以每次只回收其中某一个或者某些部分的区域 ——因而才有了“Minor GC”“Major GC”“Full GC”这样的回收类型的划分;也才能够针对不同的区域安排与里面存储对象存亡特征相匹配的垃圾收集算法——因而发展出了“标记-复制算法”“标记-清除算法”“标记-整理算法”等针对性的垃圾收集算法。这里笔者提前提及了一些新的名词，它们都是本章的重要角色，稍后都会逐一登场，现在读者只需要知道，这一切的出现都始于分代收集理论。