Java 垃圾回收算法

垃圾回收算法

垃圾回收（Garbage Collection，简称GC）是 Java 虚拟机（JVM）自动管理内存的一种机制，用于回收不再使用的对象所占用的内存空间，从而避免内存泄漏和手动管理内存的复杂性。对于如何判定一个对象是否应该被回收，请参见之前的文章： Java引用类型

以下是几种常见的垃圾回收算法：

1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

基本原理

• 标记阶段：从每个 GC Roots 开始，递归遍历所有可达的对象，并将这些对象标记为存活。
• 清除阶段：遍历整个对象内存区域，清除未标记的对象（即垃圾对象）。

优点

• 算法简单，容易实现

缺点

• 效率问题：标记和清除过程效率不高，尤其是在对象数量较多的情况下。
• 空间碎片：标记清除后，会产生大量不连续的内存碎片，影响后续对象的分配。

标记清除算法是最基础的垃圾回收算法，后续的算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。

2. 复制算法（Copying）

复制算法解决了内存碎片问题，并且这个算法也是分代算法的基础。

基本原理

将内存分为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。当该区域满时，将存活的对象复制到另一个区域，然后清除原区域的所有对象。

优点

• 执行效率高：只需要移动存活对象并更新指针，不需要进行复杂的标记和清除操作
• 无内存碎片：复制过程中会将存活对象连续地存储在新的区域，避免了内存碎片化

缺点

• 内存利用率低：每次只能使用一半的内存空间，内存空间浪费
• 对象存活数量较多时，复制性能较差

适用于新生代区域，因为新生代对象的生命周期较短，死亡率高，复制存活对象的开销相对较小。

3. 标记整理算法（Mark-Compact）

复制算法在对象存活率较高时，需要进行较多的复制操作，效率将会变低，更关键的是，如果不想浪费 50% 的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都 100% 存活的极端场景，所以在老年代一般不能直接使用复制算法。根据老年代的特点，有人提出了“标记-整理”算法。

基本原理

• 标记阶段：与“标记-清除”算法相同，标记所有存活的对象。
• 整理阶段：将所有存活的对象向内存的一端移动，然后更新指针，清除边界外的内存区域。

优点

• 避免内存碎片化：通过移动对象，使得内存空间更加连续，提高了内存利用率。

缺点

• 执行效率相对较低：需要移动对象并更新指针，操作较为复杂。

在老年代一般会用这种标记-整理算法。

4. 分代收集算法（Generational Collection）

基本原理

根据对象存活周期的不同将内存分为几块，一般是把 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回收算法。

在新生代，每次 GC 时都发现有大量对象死去，只有少量存活，那就采用复制算法，只需付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。

在老年代，因对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，就必须采用“标记-清除”或“标记-整理”算法来进行回收。

参考
《深入理解 Java 虚拟机》
必知必会JVM垃圾回收——对象搜索算法与回收算法