认识垃圾回收

GC的概述

gc（garbage collection）：即垃圾收集，是指JVM用于释放那些不再使用的对象所占用的内存。
java语言并不要求JVM有gc，也没有规定gc如何工作。不过常用的JVM都有gc，而且大多数gc都使用类似的算法管理内存和执行收集操作。在充分理解了垃圾收集算法和执行过程后，才能有效的优化它的性能。有些垃圾收集专用于特殊的应用程序。比如，实时应用程序主要是为了避免垃圾收集中断，而大多数OLTP应用程序则注重整体效率。理解了应用程序的工作负荷和JVM支持的垃圾收集算法，便可以进行优化配置垃圾收集器。垃圾收集的目的在于清除不再使用的对象，gc通过确定对象是否被活动对象引用来确定是否收集该对象。gc首先要判断该对象是否是时候可以收集，引用计数和对象引用遍历是两种常用的方法。

GC的作用

• 对于高级语言来说，一个基本认知是，如果不进行垃圾回收，内存迟早都会被消耗完。如果不断地分配内存空间而不进行回收，就好像不停地生产生活垃圾而从来不打扫一样。

• 除了释放没用的对象，垃圾回收也可以清除内存里的记录碎片。碎片整理将所占用的堆内存移到堆的一端，以便JVM 将整理出的内存分配给新的对象。

• 随着应用程序所应付的业务越来越庞大、复杂，用户越来越多，没有GC就不能保证应用程序的正常进行。而经常造成STW的GC又跟不上实际的需求，所以才会不断地尝试对GC进行优化。

GC的位置

JVM在进行GC时，并不是对这三个区域统一回收。大部分回收都是新生代~

• 新生区
• 幸存区（from ， to）
• 老年区

GC两种类：

• 轻GC（普通的GC）
• 重GC（全局GC）

GC的几种算法

目前比较常用的算法：

• 引用计数法
• 可达性分析算法
• 复制算法
• 标记清除算法
• 标记压缩算法

1、引用计数法

概述：

引用计数算法（Reference Counting）比较简单，对每个对象保存一个整型 的引用计数器属性。用于记录对象被引用的情况。
对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1；当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0，即表示对象A不可能再被使用，可进行回收。

优点:

实现简单，垃圾对象便于辨识；判定效率高，回收没有延迟性。

缺点:

• 需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。
• 每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，这增加了时间开销。
• 引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。这是一 条致命缺陷，导致在Java的垃圾回收器中没有使用这类算法。

2、可达性分析算法/追踪性垃圾收集

概述：

相对于引用计数而言，可达性分析算法解决了循环引用的问题。防止了内存泄露的发生。在Java的垃圾回收器中使用这类算法~

基本思路：

• 可达性分析算法是以根对象（GCRoots）为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的目标对象是否可达。
• 使用可达性分析算法之后，内存中存活的对象都会被根对象集合直接或者间接连接，搜索走过的路径叫做引用链。
• 如果目标对象没有任何引用链相连，则表示不可达，为垃圾。

3、复制算法

背景：

​ 为了解决标记清除算法效率方面的问题，M.L.Minsky于1963年发表了著名的论文，“ 使用双存储区的Li sp语言垃圾收集器CALISP Garbage Collector Algorithm Using SerialSecondary Storage ）”。M.L. Minsky在该论文中描述的算法被人们称为复制（Copying）算法，它也被M. L.Minsky本人成功地引入到了Lisp语言的一个实现版本中。

核心思想:

​ 将活着的内存空间分为两块，每次使用一块，进行垃圾回收的时候，将存活对象复制到另一块未使用的区域，然后将源区域清空，然后交换两个内存的角色

优点：

• 没有标记和清除过程，实现简单，运行高效
• 复制过去以后保证空间连续性，不会出现“碎片”问题。

缺点：

• 此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍的内存空间。
• 对于G1这种分拆成为大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之间对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小。
• 特别的 如果系统中的可用对象很多，复制算法不会很理想，因为要复制大量的对象

使用场景：
在新生代，对常规应用的垃圾回收，一次通常可以回收708一 99的内存空间。回收性价比很高。所以现在的商业虚拟机都是用这种复制算法用在回收新生代。

4、标记-清除法

在了解标记-清除算法前，我们先要了解几个基本概念。

首先是mutator和collector，这两个名词经常在垃圾收集算法中出现，collector指的就是垃圾收集器，而mutator是指除了垃圾收集器之外的部分，比如说我们应用程序本身。mutator的职责一般是NEW(分配内存),READ(从内存中读取内容),WRITE(将内容写入内存)，而collector则就是回收不再使用的内存来供mutator进行NEW操作的使用。

第二个基本概念是关于mutator roots(mutator根对象),mutator根对象一般指的是分配在堆内存之外，可以直接被mutator直接访问到的对象，一般是指静态/全局变量以及Thread-Local变量(在Java中，存储在java.lang.ThreadLocal中的变量和分配在栈上的变量 - 方法内部的临时变量等都属于此类).

第三个基本概念是关于可达对象的定义，从mutator根对象开始进行遍历，可以被访问到的对象都称为是可达对象。这些对象也是mutator(你的应用程序)正在使用的对象。

算法原理

顾名思义，标记-清除算法分为两个阶段，标记(mark)和清除(sweep).

• 标记(mark)阶段
  扫描这些对象，对活着的对象进行标记
• 清除(sweep)阶段
  对没有标记的对象，进行清除

优点：
不需要额外的空间！节省空间。
缺点：
两次扫描，严重浪费时间，会产生内存碎片。

5、标记－压缩法

有时也叫标记－清除－压缩法，与标记－清除法有相同的标记阶段。
在第二阶段，则把标记对象复制到堆栈的新域中以便压缩堆栈，停止其他操作。

• 标记(mark)阶段
  扫描这些对象，对活着的对象进行标记
• 清除(sweep)阶段
  对没有标记的对象，进行清除
• 压缩
• 防止内存碎片产生，再次扫描，向一段移动存活的对象多了一个移动成本

总结

内存效率：
复制算法 > 标记清除算法 > 标记压缩算法（时间复杂度）
内存整齐度：
复制算法 = 标记压缩算法 > 标记清除算法
内存利用率：
标记压缩算法 = 标记清除算法 > 复制算法

没有最好的算法，只有最合适的算法，所以GC被称为分代收集算法

年轻代：

• 存活率低
• 复制算法

老年代：

• 区域大：存活率高
• 标记清除法 + 标记压缩法 混合实现