Java虚拟机核心知识(六) 垃圾回收算法

前言

通过前两篇文章的学习，我们已经知道JVM是如何判断对象是不是可以回收，以及回收是如何发起的。那么之后是如何进行收集的？其实是这样的，

GC算法的思想主要有三种：

(1) Mark-Sweep

(2) Mark-Compact

(3) Copying

当前JVM的GC一般都是分代收集，几种垃圾回收算法进行组合。

分代收集

根据分代收集的模型，一般将内存区域分为新生代(Young Generation)和老年代(Old Generation)。

新生代对应那些新产生的，存活时间较短的对象。如果一个对象在新生代内经历了一定次数（默认15）的收集后，它就会晋升至老年代（大对象也可以直接进入老年代，可以调参数）。一般会把新生代划分为Eden区和Suvivor区，在HotSpot JVM中E:2S=8:2。后面会说到，新生代一般使用基于复制的GC算法。新生代对应Minor GC。

老年代对应那些存活时间较长，容量较大的对象。老年代GC对应Full GC，此时需要STW。

JDK1.8之前还存在永久代（PermGen），它用于存放类的元数据和常量，这里偶尔也会发生GC（回收无用的类和常量等等的）。由于永久代经常会OOM，JDK1.8移除了永久代，用Metaspace代替PermGen。

JDK8永久代的废弃

新生代：Eden+From Survivor+To Survivor

老年代：OldGen

永久代（方法区的实现） : PermGen替换为Metaspace(本地内存中)

标记-清除算法

算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。

它的主要缺点有两个：

(1) 标记和清理的效率都不算高

(2) 会产生大量的内存碎片，如果这时候有大对象需要连续的内存空间进行分配，很可能会因为没有足够的连续内存空间而又触发一次GC。

基于Mark-Sweep的GC多用于老年代。

标记-整理算法

基于标记-整理(Mark-Compact)的GC可以解决内存碎片的问题。它的思想是，在标记好待回收对象后，将存活的对象移至一端(reallocate)然后对剩余的部分进行回收。这个过程需要进行remapping，即修复线程与对象之间的引用映射关系。

基于Mark-Compact的GC多用于老年代。

复制算法

基于复制(Copying)的GC比较高效，它的思路是，将内存容量划分为相同的两份，每次只用一块。当这一块内存用完了，就把还存活的对象移到另一块内存，然后对这一块内存（整个半区）进行清理操作。这样内存分配时也就不用考虑内存碎片了，只需要移动指针，按顺序分配即可。但是这种算法是拿空间换时间，而且一下子就是50%的内存空间，一般受不了。并且这种算法需要频繁GC。而新生代的对象一般是存活时间较短的对象，GC频率较高，占内存较少，因此新生代一般都采用基于复制的GC。

HotSpot JVM将新生代划分为一个Eden区和两个Survivor区，默认比例为8:2，其中对象可使用1E+1S，留出空闲的1S。每次进行GC的时候收集器就会将存活对象移至那个空闲S区，然后将其余的部分进行回收，这样默认空间利用率可达90%。当然也有很多时候一个S区无法容纳所有的存货对象，那么某些对象就需要通过分配担保机制(Handle Promotion)直接进入老年代。

参考资料

《深入理解Java虚拟机》 周志明