垃圾收集算法有哪些?圖文詳細(xì)介紹

更新時間:2021-10-22 來源:黑馬程序員瀏覽量:

垃圾收集算法有標(biāo)記-清除算法、復(fù)制算法、標(biāo)記真理算法、分代收集算法四種，下面我們詳細(xì)介紹。

標(biāo)記-清除算法：

最基礎(chǔ)的收集算法是標(biāo)記-清除算法，如同它的名字一樣，分為標(biāo)記和清除兩個階段。第一步標(biāo)記出所要回收的對象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收所有被標(biāo)記的對象。如何標(biāo)記已經(jīng)在上面說過了，之所以說它是最基本的垃圾收集算法，原因在于其他的算法也是基于這種思路并對其不足做以改進(jìn)得到的。

主要問題有兩個：

第一個是效率問題，標(biāo)記和清除的效率都不高。

標(biāo)記清除算法

第二個是空間分配問題，標(biāo)記清除后會產(chǎn)生大量的不連續(xù)的內(nèi)存空間，空間碎片太多可能會導(dǎo)致以后程序在運(yùn)行過程中需要給較大對象分配空間時，無法找到足夠的內(nèi)存空間，而不得不提前進(jìn)行一次垃圾收集動作。如圖所示，會產(chǎn)生大量的垃圾碎片，導(dǎo)致空間的利用率不高。

復(fù)制算法

為了解決效率問題，一種稱為復(fù)制的收集算法出現(xiàn)了，它將可用內(nèi)存分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊，當(dāng)這一塊內(nèi)存區(qū)域用完了，就將還存活的對象復(fù)制到另一塊內(nèi)存中，然后再把已使用的空間一次性清理掉，這樣每次都是對半個區(qū)域進(jìn)行回收，內(nèi)存分配時也就不用考慮碎片等問題了，只要移動堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可，實現(xiàn)簡單，運(yùn)行高效。

只是這種做法將原來的內(nèi)存縮小為一半，代價太高了。

現(xiàn)在的商用虛擬機(jī)都采用這種方法來回收新生代，IBM專門研究表明，新生代中的對象98%都是"朝生夕死"的，所以并不需要按照1:1劃分內(nèi)存區(qū)域，而是將內(nèi)存分為一塊較大的區(qū)域給Eden和兩塊較小的區(qū)域給Survivor, 當(dāng)回收時，將Eden和Survivor區(qū)中還存活的對象一次性復(fù)制到另一塊Survivor區(qū)，然后將Eden和Survivor區(qū)進(jìn)行一次性清理。Hotspot區(qū)默認(rèn)的Eden和Survivor的比例為8:1，也就是說新生代的可用內(nèi)存為90%，只有10%的內(nèi)存會被劃分為保留內(nèi)存。當(dāng)然，大多數(shù)情況下是98%，但我們不能保證每次回收的存活對象都小于10%，當(dāng)Survivor區(qū)不夠用時，需要依賴其他區(qū)域進(jìn)行分配擔(dān)保。如果另外一塊Survivor區(qū)已經(jīng)不夠用了，對象可通過內(nèi)存擔(dān)保機(jī)制直接進(jìn)入到老年代。

復(fù)制算法

標(biāo)記整理算法

復(fù)制算法在存活對象比例比較高的情況下要進(jìn)行較多的復(fù)制操作，效率將會變低，更關(guān)鍵的是，如果不想浪費(fèi)50%的區(qū)域，則需要額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保，以應(yīng)對內(nèi)存中100%對象都存活的極端情況，所以老年代一般不選用這種算法。

根據(jù)老年代的特點，有人提出了另一種標(biāo)記-整理算法，標(biāo)記過程與標(biāo)記-清除算法一致，但后續(xù)步驟不是對可回收對象直接進(jìn)行清理，而是讓所有存活對象都向一端移動，然后直接清理掉邊界外的對象。示意圖如下：

標(biāo)記整理算法

分代收集算法

當(dāng)前商用的垃圾收集器都采用的是分代垃圾回收，這種算法沒有什么新的思想，只是根據(jù)對象的存活周期將內(nèi)存分為幾塊，一般是將java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個代的對象特點選用最適當(dāng)?shù)幕厥账惴?。在新生代，每次垃圾回收都有大量的對象死去，只有少量存活，這樣就適合采用復(fù)制算法。只需要付出少量的對象復(fù)制成本就可以完成垃圾回收，而老年代因為存活率高，沒有其他內(nèi)存進(jìn)行分配擔(dān)保，就必須使用標(biāo)記-清理或者標(biāo)記-整理進(jìn)行回收。

1. 分代分為年輕代和老年代，年輕代里頭又分為 Eden區(qū)和Survivor區(qū)，通常默認(rèn)的比例為8:1:1, 每次只保留10%的空間用作預(yù)留區(qū)域，然后將90%的空間可以用作新生對象。

2. 每一次垃圾回收之后，存活的對象年齡對應(yīng)+1，當(dāng)經(jīng)歷15次還依然存活的對象，我們讓它直接進(jìn)入到老年代;

3. 另外一種進(jìn)入到老年代的方式是內(nèi)存擔(dān)保機(jī)制，也就是當(dāng)新生代的空間不夠的時候，對象直接進(jìn)入到老年代;

4. 新生代的垃圾回收叫Minor GC，老年代的叫Full GC。