垃圾回收机制及算法

垃圾回收基础

什么是GC

java 相比较C++等语言最大的区别就是，java是自动化的垃圾回收机制(GC）
栈：栈中的生命周期是跟随线程，所以一般不需要关注。
堆：堆中的对象是垃圾回收的重点。
方法区/元空间：这一块也会发生垃圾回收，不过这块的效率比较低，一般不是回收的重点。

分代回收理论

当前商业虚拟机的垃圾回收器，大多遵循分代收集的理论来进行设计。
理论描述：
1、绝大多数的对象都是朝生夕死。
2、熬过多次垃圾回收的对象就越难回收。
根据上述理论，朝生夕死的对象放在一个区域，难回收的对象放在一个区域，这就构成了新生代和老年代。

GC 的分类

目前发生垃圾回收的叫法很多，大致如下：
1、新生代回收（Minor GC/Young GC）:只进行新生代的回收。
2、老年代回收（Major GC/Old GC）:只进行老年代的回收，目前只有CMS垃圾回收器会有这个单独的回收老年代的行为。（Major GC 定义是比较混乱，有说指是老年代，有的说是做整个堆的收集，这个需要你根据别人的场景来定，没有固定的说法）。
3、整堆回收（Full GC）:收集整个java堆和方法区。

垃圾回收算法（思想）

复制算法（Copying）

将可用的内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这一块内存用完了，就将存活着的对象复制到另一块内存区域，然后再把已使用过的这块空间一次清理掉（格式化），这样使得每次都是整个搬去进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要按照顺序分配内存即可。

特点：
1、实现简单、运行高效。
2、没有内存碎片。
3、利用率只有一半。

注意：内存移动是必须实打实的移动（复制），所以对应的引用（直接指针）需要调整。
复制算法适合新生代，因为新生代的对象大部分朝生夕死，那么复制过去的对象比较少，效率自然就高，另一半的一次清清理是很快的。

Appel 式回收

一种更加优化的复制回收分代策略：具体做法是分配一个较大的Eden区和两块较小的Survivor空间（From和To区）。
研究表明，新生代中的对象98%是朝生夕死的，所以不需要按照1:1的比例来划分空间，而是将内存分为一块较大的Eden区和两个较小的Survivor空间，每次使用Eden区和其中一块Survivor区，当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和之前的那个Survivor空间。
HotSpot虚拟机默认Eden 和Survivor大小比例是8:1，也就是每次能使用的占整个空间的90%，只有10%的内存会被浪费。当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于 10%的对象存活，当 Survivor 空间不够用时，需要 依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）

标记-清除算法（Mark-Sweep）

算法分为“标记”和清除两个阶段：首先扫描所有对象标记出需要回收的对象，在标记完成后扫描回收所有被标记的对象，所以需要扫描两遍。回收效率略低，如果大部分对象是朝生夕死，那么回收效率降低，因为需要大量标记对象和回收对象，对比复制回收效率要低，所以标记清除算法适用于老年代。
存在问题：会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会当值在程序运行过程中需要分配大对象时，无法找到足够连续的内存而不得不提前触发另一次垃圾回收动作。

特点：
1、效率略低
2、位置不连续，产生碎片
3、两遍扫描

标记-整理算法（Mark-Compact）

首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后，后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是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。标记整理算法虽然没有内存碎片，但是效率偏低。 我们看到标记整理与标记清除算法的区别主要在于对象的移动。对象移动不单单会加重系统负担，同时需要全程暂停用户线程才能进行，同时所有引用 对象的地方都需要更新（直接指针需要调整）。 所以看到，老年代采用的标记整理算法与标记清除算法，各有优点，各有缺点。

特点：
1、没有内存碎片
2、效率偏低
3、两边扫描、指针需要调整。