關于垃圾回收算法的這道面試題，幾乎是所有 3 年以上的 Java 面試中必問的題目，甚至有些好一點的公司會在校招時問到面試者。那么本文就系統(tǒng)的講一下垃圾回收的算法，和 Hotspot 虛擬機執(zhí)行垃圾回收的一些實現(xiàn)細節(jié)，比如安全點和安全區(qū)域等。

因為各個平臺的虛擬機操作內存的方法各不相同，且牽扯大量的程序實現(xiàn)細節(jié)，所以本文不會過多的討論算法的具體實現(xiàn)，只會介紹幾種算法思想及發(fā)展過程。

垃圾回收算法

1、標記-清除算法

標記-清除算法是最基礎的算法，像它的名字一樣算法分為“標記”和“清除”兩個階段，首先需要標記出所需要回收的對象，標記完成后統(tǒng)一收集被標記的對象。

優(yōu)點： 實現(xiàn)簡單。

缺點： 產生不連續(xù)的內存碎片；“標記”和“清除”的執(zhí)行效率都不高。

標記-清除算法執(zhí)行過程圖：

（本文圖片來自《深入理解Java虛擬機》）

2、復制算法

復制算法就是將內存分為大小相同的兩塊，當這一塊使用完了，就把當前存活的對象復制到另一塊，然后一次性清空當前區(qū)塊。

優(yōu)點： 執(zhí)行效率高。

缺點： 空間利用率低， 因為復制算法每次只能使用一半的內存。

3、標記-整理算法

也稱標記-壓縮算法，標記-整理算法采用和標記清除算法一樣的對象“標記”，但后續(xù)不會對可回收對象進行清理，而是將存活的對象往一端空閑空間移動，然后清理邊界以外的內存空間。

優(yōu)點： 解決了內存碎片問題，比復制算法空間利用率高。

缺點： 因為有局部對象移動，相對效率不高。

標記-整理算法執(zhí)行過程圖：

4、分代收集算法

目前商用虛擬機都采用的是分代收集的算法，這種算法按照對象存活周期把內存分為幾塊，一般Java中分為新生代和老年代。把存活率低的對象分到新生代使用復制算法提高垃圾回收的性能，老年代則存放存活率搞的對象，使用標記-清除和標記-整理的算法，提高內存空間使用率。

新生代和老生代的具體介紹和參數(shù)配置，后續(xù)的文章會詳細講解。

垃圾回收執(zhí)行細節(jié)

本節(jié)將詳細的介紹一下HotSpot虛擬機在執(zhí)行垃圾回收時的一些細節(jié)，目的是讓讀者更好的理解Java虛擬機。

HotSpot虛擬機： 它是Sun JDK和OpenJDK自定的虛擬機，也是目前使用最廣泛的虛擬機。

垃圾回收流程： Java虛擬機在內存回收之前，為了保證內存的一致性，必須先暫停程序的執(zhí)行，也就是傳說中的Stop The World（簡稱STW），在使用可達性分析算法枚舉GC Roots，標記出死亡對象，再進行垃圾回收。

垃圾回收遇到的問題： 那既然是要暫停程序的運行，就一定要保證停止的時間足夠短，并且可控，不然帶來的災難將是毀滅性的。

解決方案： 顯然HotSpot在設計的時候也考慮到了這個問題，所以在JIT編譯的時候就會使用OopMap數(shù)據(jù)結構來記錄棧和寄存器上的引用，這樣虛擬機就直接知道了那些地方存放著對象的引用，如下圖，為我編譯String.hashCode()方法的部分本地代碼：

可以看出，使用OopMap數(shù)據(jù)結構存儲了普通對象的指針引用。

查看匯編的方法，啟動命令窗體執(zhí)行： java-XX:+UnlockDiagnosticVMOptions-XX:+PrintAssemblyYouTestClass

命令可能會報錯： Couldnotload hsdis-amd64.dll;librarynotloadable;PrintAssemblyisdisabled

報錯解決方法：使用編譯好的hsdis.dll放到：jre安裝目錄\bin\server目錄下即可，hsdis.dll地址地址：https://pan.baidu.com/s/1-D6u0gnUx291LXS3bHOorA

安全點（Safepoint）

在OopMap的協(xié)助下，HotSpot可以快速的完成GC Roots枚舉，但導致OopMap內容變化的指令很多，而且如果給每個對象生成對應的OopMap，會造成大量額外的空間，這會導致GC成本很高，所以HotSpot只會在“特定的位置”生成對應的OopMap，這些位置就成為“安全點”。

HotSpot也并不是任何時刻都會停頓下來進行GC，只會在程序都到底安全點之后才會GC，所以安全點的設置不能太少，讓GC等待時間太長，也不能太多增大運行時的成本。

安全點的兩種線程中斷方式

搶斷式中斷：不需要線程的執(zhí)行代碼去主動配合，當發(fā)生GC時，先強制中斷所有線程，然后如果發(fā)現(xiàn)某些線程未處于安全點，恢復程序運行，直到進入安全點為止。

主動式中斷：不強制中斷線程，只是簡單地設置一個中斷標記，各個線程在執(zhí)行時輪詢這個標記，一旦發(fā)現(xiàn)標記被改變(出現(xiàn)中斷標記)時，那么將運行到安全點后自己中斷掛起。目前所有商用虛擬機全部采用主動式中斷。

安全區(qū)域（Saferegion）

安全點機制僅僅是保證了程序執(zhí)行時不需要太長時間就可以進入一個安全點進行 GC 動作，但是當特殊情況時，比如線程休眠、線程阻塞等狀態(tài)的情況下，顯然HotSpot不可能一直等待被阻塞或休眠的線程正常喚醒執(zhí)行；此時就引入了安全區(qū)的概念。

安全區(qū)(Saferegion)：安全區(qū)域是指在一段區(qū)域內，對象引用關系等不會發(fā)生變化，在此區(qū)域內任意位置開始GC都是安全的；線程運行時，首先標記自己進入了安全區(qū)，然后在這段區(qū)域內，如果線程發(fā)生了阻塞、休眠等操作，HotSpot發(fā)起GC時將忽略這些處于安全區(qū)的線程。當線程再次被喚醒時，首先他會檢查是否完成了GC Roots枚舉(或這個GC過程)，如果完成了就繼續(xù)執(zhí)行，否則將繼續(xù)等待直到收到可以安全離開的Safe Region的信號為止。

總結

前面講的垃圾回收器算法屬于基本功，要求面試者一定要熟練記憶的，而后面的垃圾收集器的執(zhí)行細節(jié)如果加分項，如果都能融會貫通的話，Offer 就離你又進一步了。

【End】

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的经典面试题：聊一聊垃圾回收算法的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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