深入理解JVM之三:垃圾回收算法

原文:http://www.voidcn.com/article/p-dmcqmccr-sy.html

1. 标记——清除算法(Mark-Sweep)

标记——清除算法是第一种使用和比较完善的垃圾回收算法,算法分为两个过程:1、标记所有需要回收的对象2、标记完成后清除被标记的对象。其标记的过程就是判断对象有效性,执行可达性分析的过程。其执行流程图大体如何下所示: 
Mark Sweep

同样,我们也借助现实的场景进行描述。图书管里有好多人在看书,图书管理员想要收集起没有被看的书的时候,他决定让所有正在看书的人站起来,然后询问每个人:那一本书是不看的。询问完所有的人之后,同学们做下继续看书。这时候,图书管理员开始寻找所有做过标记的书,把它们收集起来。

缺点: 
1、每次进行垃圾回收时,会暂停当前用户程序的运行(类似让所有的同学站起来) 
2、垃圾回收器需要间隔性的检查,并且标记和清除的过程相对较慢。 
3、在标记清除之后可能会产生大量内存碎片,导致一旦需要为大对象分配空间时,由于找不到足够大的内存空间,而不得以引发另外一次GC过程。


2. 标记——复制算法(Mark——Copy)

标记——复制存储算法通过采用双区域交替使用这种方式解决了标记——清除算法中效率低下的问题。它将可可用内存划分为两个等量的区域(使用区和空闲区),每次只使用一块。当正在使用的区域需要进行垃圾回收时,存活的对象将被复制到另外一块区域。原先被使用的区域被重置,转为空闲区。其执行流程大体如下所示: 
Mark——Copy 
图书管理员为了更好的发现不看的书,将图书室一分为二(A区和B区),同一时刻只有一块区域允许看书。开始时只允许在A区看书。当管理员想要回收A区不被看的书的时候,大喊一嗓子“正在看书的同学拿着你书到B区”。等所有人都到了B区后,图书管理员只要把A区的书收集起来,就完成了任务。下一次收集的时候,则是要求同学带着自己看的书从B区转移到A区。如此循环往复即可。

缺点: 
1、原有可用空间被缩小为1/2,空间利用率降低了。 
2、过程中也会暂停当前应用的运行。


3. 标记——整理算法(Mark——Compat)

标记-复制算法在对象存活率较高的情况下就要进行较多的复制操作,更重要的是该算法浪费一般的内存空间,为了解决该问题,出现了标记——整理算法:其标记的过程和“标记-清除”算法一样,而整理的过程则是让所有存活的对象都像另外一端移动,然后直接清理掉边界以外的内存。其执行流程大体如下所示: 

也有同学这样描述更容易理解:与标记-清除算法过程一样,只不过在标记后不是对未标记的内存区域进行清理,而是让所有的存活对象都向一端移动,然后清理掉边界外的内存
Mark-Compact

缺点: 
1、暂停当前应用的运行,非实时性的回收。


4. 分代收集算法

分代收集算法理论来源于统计学。IBM公司的专门研究发现,对象的生存周期总体可分为三种:新生代、老年代永久代。因此可以根据各个年代的特点采用适当的垃圾回收算法。比如新生代的对象在每次垃圾时都会有大量的对象死去,只有很少一部分存活,那就可以选择标记-复制算法。另外I,在新生代中每次死亡对象约占98%,那么在标记-复制算法中就不需要按照1:1的比例来划分内存区域,而是将新生代细分为了一块较大的Eden和两块较小的Survivor区域,HotSpot中默认这两块区域的大小比例为8:2。每次新生代可用区域为Eden加上其中一块Survivor区域,共90%的内存空间,这样就只有10%的内存空间处在被闲置状态。在进行垃圾回收时,存活的对象被转移到原本处在“空闲的”Eden区域。如果某次垃圾回收后,存活对象所占空间远大于这10%的内存空间时,也就是Survivor空间不够用时,需要额外的空间来担保,通常是将这些对象转移到老年代。对于老年代来说,大部分对象都处在存活状态。同时,如果一个大对象要在该区域进行分配,而内存空间又不足,那么在没有外部内存空间担保的情况下,就必须选用标记-清除或者标记-整理算法来进行垃圾回收了。

总而言之,分代收集只是根据对象生存周期的不同来选择不同的算法,其本身并没有任何新思想。


5. 增量收集算法


以上所述的算法,都存在一个缺点:在进行垃圾回首时需要暂停当前应用的执行,也就是这时候的垃圾回收线程不能和应用线程同时运行。如果我们想做到“在不打断同学们看书的情况下,图书管理员就可以收集没有被看的书”,这也是增量收集算法的目标,即在
不中断应用线程的状态下垃圾回收线程也能进行垃圾回收。但是这里需要面对的问题是:垃圾回收线程在标记阶段标记好了,还没来的及清除时,当前应用线程进行内存操作,以至于清除阶段无法正确开展,类似的情况是:图书管理员刚标记了《JAVA核心技术》这本书已经没有人看了,等标记完后,却发现这本书已经有人在看了。

相关链接: http://blog.csdn.net/lxlmycsdnfree/article/details/70846439

http://www.voidcn.com/article/p-euocofbm-bph.html

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