Java jvm 标记-清除算法（Mark-Sweep）

阿豆学编程

于 2025-02-21 09:10:17 发布

阅读量1k

点赞数 33

分类专栏： Java JVM 文章标签： jvm 算法 java

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/qq_35082497/article/details/145768823

版权

Java 同时被 2 个专栏收录

25 篇文章

订阅专栏

JVM

9 篇文章

订阅专栏

标记-清除算法（Mark-Sweep） 是一种经典的垃圾回收算法，它通过两阶段的过程来回收不再使用的对象，具体步骤为：

标记阶段（Mark Phase）：遍历所有对象，标记出所有存活的对象。
清除阶段（Sweep Phase）：回收那些未被标记的对象，即那些不再被任何引用引用的对象。

1. 标记-清除算法的工作原理

标记-清除算法分为两个阶段，分别是 标记阶段 和 清除阶段。

1.1 标记阶段

在标记阶段，垃圾回收器会从根对象（例如静态变量、栈上的局部变量等）开始，沿着引用链追踪所有存活的对象。
所有被追踪到的对象都会被标记为“存活”（即：这部分对象是仍然被引用的）。

1.2 清除阶段

一旦标记阶段完成，垃圾回收器就会遍历整个堆空间，清除那些未被标记的对象，这些对象就是不再有任何引用的垃圾对象。
被清除的对象会被从内存中释放，所占的内存空间变为可用。

2. 标记-清除算法的优缺点

2.1 优点

实现简单：标记-清除算法的实现逻辑相对简单，容易理解，基本上是通过两次扫描来完成。
无需移动对象：该算法不涉及对象的移动，因此不会产生像 标记-压缩（Mark-Compact）算法那样的“移动”开销。

2.2 缺点

产生内存碎片：由于清除阶段只是简单地删除垃圾对象，堆空间中可能会留下很多空闲的、分散的内存区域。这些空闲区域无法被有效利用，导致内存碎片的出现。长期运行下去，可能导致堆内存无法得到有效使用。
效率低：垃圾回收过程中需要遍历堆的所有对象，即使某些对象仍然活跃且不需要回收。这会导致回收过程效率较低。
全堆扫描：标记-清除算法需要对堆中的所有对象进行扫描，这对大堆内存应用可能造成较大的性能负担。

3. 标记-清除算法的伪代码

以下是标记-清除算法的伪代码，展示了标记和清除两个阶段的过程：

// 标记阶段
for (each root in roots) {
    mark(root);
}

function mark(object) {
    if (object is not marked) {
        mark(object);
        for (each reference in object.references) {
            mark(reference);
        }
    }
}

// 清除阶段
for (each object in heap) {
    if (object is not marked) {
        free(object);
    }
}

在标记阶段，垃圾回收器从根对象开始，递归地标记所有能够到达的对象。然后，在清除阶段，垃圾回收器遍历堆内存，将那些未被标记的对象删除。

4. 标记-清除算法的改进

标记-清除算法虽然简单有效，但它的缺点也十分明显，尤其是 内存碎片 的问题。因此，很多现代 JVM 都不完全依赖标记-清除算法，而是进行了改进或结合其他算法，以提高性能和减少碎片。

4.1 标记-压缩（Mark-Compact）

标记-压缩算法（Mark-Compact）是在标记-清除算法的基础上进行了改进。在标记阶段标记出存活对象之后，它不会直接清除未标记的对象，而是将所有存活的对象压缩到堆的一个区域内，这样就消除了内存碎片的问题。
优点：消除了内存碎片，提高了堆空间的利用率。
缺点：对象的移动增加了额外的性能开销，尤其是在需要移动大量对象时，可能会导致较高的 CPU 开销。