九、垃圾回收算法

本文主要介绍垃圾收集算法的思想及其发展过程。

标记-清除算法(Mark-Sweep)

标记-清除算法是最基础的垃圾回收算法。后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进得到的。
算法分为两个阶段：

1. 标记：首先标记出所有需要回收的对象（具体可见参见之前的博文）
2. 清除：在标记完成后统一回收被标记的对象
   

“标记-清除”算法示意图

缺点

1. 效率问题：标记和清除的效率都不高
2. 空间问题：标记清除会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多会导致以后程序在运行的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一次垃圾会后动作。

复制算法 (Copying)

为了解决效率问题，“复制”算法出现了。
算法分为两个阶段：

1. 它将可用内存按容量分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。
2. 当这一块内存用完了，就将存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已经已使用过的内存空间一次性清理掉。
   

复制算法示意图

优点

每次对整个半区进行内存回收，不需要考虑内存碎片等复杂情况，只需要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，简单高效。

缺点

将内存缩小为了原来的一半，内存浪费太过严重。

标记-整理算法(Mark-Compact)

“标记-整理”算法和“标记-清除”算法类似。第一步都是标记，只是第二步略有不同。
算法分为两个阶段：

1. **标记：**对需要回收的对象进行标记
2. **整理：**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”算法示意图

分代收集算法 (Generational Collecting)

分代收集算法并没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。
一般把Java堆分为新生代和老年代，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，每次垃圾回收都有大量对象死去，只要少量存活，那么就采用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
2. 在老年代中因为对象的存活率高，没有额外的空间来为它进行分配担保，就必须采用“标记-整理”或者“标记-清除”算法来进行回收。