java垃圾回收的三种算法

java垃圾回收的三种算法

为什么需要垃圾回收：
在程序执行的过程中，会产生一系列的对象（占用内存的代表），这些都会存储在内存中。一部分对象在生命周期结束后，依然会占用一部分内存。这些占用内存却没有再次使用的对象，我们称之为“垃圾”，而对“垃圾”占用的内存的回收，就是垃圾回收。

在没有垃圾回收机制的语言里，垃圾回收操作需要程序猿来完成，这常常会导致错误。

内存泄漏：忘记释放一部分内存，导致那一部分内存不可用，并且占用着总的内存空间，如果这种情况一直存在着，那么就可能导致内存空间被占满，系统崩溃。

垂直指针：忘记初始化指向释放了内存的指针（指向曾经存在的对象，但是对象已经不存在了），当再次调用指针的时候，指针指向了空内存，引起bug

释放错误的内存：人为的操作难免会发生错误，如果释放了错误的内存，也会导致程序发生莫名其妙的bug

三种垃圾回收算法：
（1）标记清除法：分为两步（标记和清除）
标记阶段：遍历所有的对象，在活动的对象头打上活动的标记
清除阶段：再次遍历对象，检查对象头，对于没有活动标记的对象，将其内存空间释放；对于有活动标记的对象，去掉标记

优点：算法简单，实现简单
缺点：
碎片化：由于只是将垃圾对象清除掉，对于存活对象不做处理，所以由于存活对象分布的不连续性，会导致可用内存被分割成一块块的。如果有一个新的对象请求内存，需要去内存中寻找，哪一个空闲块（可用一个链表来维护空闲块的位置）足够满足这个对象的需求。更极端的情况，空闲的总内存大于对象请求的空间，却没有足够的连续空闲空间，来完成内存的分配
与写时复制技术不兼容：写时复制（Copy On Write）是一个很重要的思想，可以优化内存占用或者提升并发环境下的性能。顾名思义，这一技术是在有写入的时候，对内存进行复制，以达到一定的优化目的。而标记清除算法的标记过程，就是一次对内存（对象头）的写入，会不断地引起内存复制。因此标记清除算法与此技术并不互相兼容

（2）引用计数：垃圾回收关注的是对于不会再次被使用的对象的内存回收，换一种说法，对于会被垃圾回收清理的对象（内存），不会再次的被其他对象引用。那么可以为每一个对象引入一个计数器，对于任意一个对象，每有一次对这个对象的引用，就将计数器加1；结束对这个对象的引用，再将计数器减1；一旦计数器归0，则表示这个对象可以被清除。这就是引用计数法
缺点：
占用资源：因为每个对象都需要维护一个计数器，每次指针有更新都伴随着计数器的更新，一定程度上占用了计算资源
占用内存：计数器需要占用一定的内存，为了安全起见，计数器值的上限要大于所有对象的上限，这也是一笔不小的开销
实现复杂：虽然引用计数的思想简单，但是实现起来却不那么容易。各位可以思考下，如果自己编写这一算法，该如何实现？
无法解决循环计数

（3）复制算法
在复制算法中，先将内存分为两个部分，From区和To区，两部分大小相等。对象分配时，只会在From区进行分配。复制算法可以分两步，第一步为类似标记清除算法的标记，在From区中，找出所有活动的对象。区别在于第二步。复制算法会把这些活动的对象，复制到To区中，再将原有的From区全部清空，并交换两部分内存的职责，即一次GC后，原有的From区会成为To区，To区相反

效率快：相比于标记清除算法，复制算法在标记阶段，只需要标记哪些对象是活动的就可以了，相比于标记清除算法需要遍历所有的对象，性能上有提升

不会发生碎片化：同样相比于标记清除算法，由于存活下来的对象会在To区中连续的分配，因此不会像标记清除算法那样，需要维护碎片空间

分配速度快：由于不会发生碎片化，如果有一个新的对象请求内存，那么分配时可以直接追加在From区已用内存之后，分配的速度快

内存使用率低：由于复制算法把内存分成了两块，那么对于对象的可用空间来说，仅仅是其他算法的一半

自对象的递归复制：一个对象通常会关联一些自对象。在复制这些对象的时候，还需要递归的去处理它的自对象，这通常会产生一定的开销。同时，在递归调用时，存在着函数栈的消耗，潜藏着栈溢出的风险