JVM之垃圾收集算法

一、对象的死亡判定

JVM垃圾回收针对哪些区域？回收的是什么？
答：
1. 主要针对Java堆。
2. 回收“死亡”的对象，即没有引用的对象。

那么如何判断对象是否“死亡”呢？
两种方法，引用计数法和可达性分析算法。

引用计数法

原理：给每个对象添加一个引用计数器。

• 每当有一个地方引用它，引用计数器+1；
• 每当一个引用失效，引用计数器-1；
• 当引用计数器为0时，表示该对象无引用，即可回收。

缺点：无法解决对象之间循环引用的问题。

GCobject A = new GCobject();GCobject B = new GCobject();A.instance = B;B.instance = A;...A = null;B = null;

可以看到，A、B对象都为null，已经不可能再访问，但由于A、B都有字段引用着对方，引用计数器不为0，因此不会被回收。

可达性分析算法

原理：通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为“引用链”，当一个对象到 GC Roots没有任何引用链相连时, 则说明此对象是不可用的。

如图，Object5、Object6、Object7这三个对象就是不可用的。

“GC Roots”对象：

• 虚拟机栈(栈帧中的本地变量表)中引用的对象；
• 方法区中类静态引用的对象；
• 方法区中常量引用的对象；
• 本地方法栈中JNI（Native方法）引用的对象；

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然而，在可达性分析算法中不可达的对象，也并不是“非死不可”。一个对象真正死亡，至少要经历两次标记过程：

第一次标记： 对象无GC Roots的引用链，筛选是否执行finalize()方法：

• 对象没有覆盖finalize()或finalize()被JVM调用过，则不需要执行；
• 若执行finalize()，则将对象放入F-Queue队列中，会由JVM自动建立的线程执行该方法；

第二次标记：对F-Queue队列中的对象进行小规模的标记：

• 对象在finalize()中拯救自己（重新与引用链相连），则不会回收；
• 对象没有在finalize()中逃脱；

注：任何一个对象的finalize()方法只能被调用一次。

二、垃圾收集算法

主要有4种垃圾收集算法。
Java堆从GC的角度可以细分为: 新生代(Eden区、From Survivor区和To Survivor区)和老年代。

标记-清除算法（老年代）

它是最基础的收集算法，算法分为标记和清除两个阶段：
1. 首先标记出所有可回收的对象
2. 统一回收被标记对象

不足：
1. 效率问题，标记和清除的效率不高；
2. 空间问题，标记清除后容易产生不连续的空间碎片（不利于大对象的内存分配）

复制算法（新生代）

算法的核心是将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只用其中一块，当这一块的内存用完，就将还存活的对象复制到另外一块上面，然后把已使用过的内存空间一次清理掉。（如图）

优点：无内存碎片；
不足：可用内存减小；

针对以上不足，就有了现代复制算法：
不需完全按照1∶1的比例划分新生代空间，将新生代划分为一块较大的Eden区和两块较小的Survivor区(from和to)(HotSpot默认Eden和Survivor的大小为8∶1)，每次只用Eden和其中一块Survivor（from）。

• 当发生MinorGC时, 将Eden和Survivor(from)中还存活着的对象一次性地拷贝到另外一块Survivor(to)上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor(from)空间。
• 当Survivor(to)空间不够用(不足以保存尚存活的对象)时, 需要依赖老年代进行空间分配担保机制，这部分内存直接进入老年代。

注：现代的商业虚拟机都是采用这种收集算法回收新生代。

标记-整理算法（老年代）

标记-清除算法会产生内存碎片问题，而复制算法需要有额外的内存担保空间，于是针对老年代的特点，又有了标记整理算法。
标记整理算法：标记过程与标记-清除算法相同， 但后续步骤不再对可回收对象直接清理， 而是让所有存活的对象都向一端移动，然后清理掉端边界以外的内存。 （如图）

分代收集算法

当前主流JVM垃圾收集都采用”分代收集”(Generational Collection)算法。 这种算法会根据对象存活周期的不同将内存划分为几块， 如JVM中的新生代、老年代、永久代。 这样就可以根据各年代特点分别采用最适当的GC算法：

• 新生代：每次垃圾收集都能发现大批对象已死， 只有少量存活。因此选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
• 老年代：因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用“标记—清理”或“标记—整理”算法来进行回收，不必进行内存复制，且直接腾出空闲内存。