图解JVM垃圾回收算法
1 簡單介紹下----->垃圾回收概念
GC中的垃圾，指的是存在于內(nèi)存中的、不會(huì)再被使用的對象。而垃圾回收就是把那些不再被使用的對象進(jìn)行清除，收回占用的內(nèi)存空間。如果不及時(shí)對內(nèi)存中的垃圾進(jìn)行清理，那么這些垃圾對象所占的內(nèi)存空間會(huì)一直保留到應(yīng)用程序結(jié)束，被保留的空間無法被其他對象使用。如果大量不會(huì)被使用的對象一致占著空間不放，如果應(yīng)用程序需要內(nèi)存空間，沒有多余的內(nèi)存空間供其使用的話，就會(huì)導(dǎo)致內(nèi)存溢出。因此，對內(nèi)存空間的管理來說，識別和清理垃圾對象是至關(guān)重要的。
但是怎么識別一個(gè)對象是否存活？？也就是可達(dá)的？依據(jù)什么策略來判斷一個(gè)對象的可達(dá)性？？
在java中使用根搜索算法（GC Roots Tracing）判斷一個(gè)對象是否是可達(dá)的。算法的基本思路就是通過一系列的根節(jié)點(diǎn)"GC Roots"的對象作為起始點(diǎn)，從這些節(jié)點(diǎn)開始向下搜索，搜索所走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個(gè)對象到GC Roots沒有引用鏈相連時(shí)，則說明這個(gè)對象是不可達(dá)的。就會(huì)被判斷為可被回收的對象。
一般什么樣的對象可以作為 GCRoots呢？
在java中以下幾種對象可以作為GCRoots:
1)虛擬機(jī)棧（棧幀中的本地變量表）中引用的對象
2）方法區(qū)中的類靜態(tài)屬性引用的對象。
3）方法區(qū)中的常量引用的對象
4）本地方法棧中JNI（通常說的Native方法）引用的對象
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2 重點(diǎn)圖解介紹----->垃圾回收算法
?下面首先會(huì)先介紹算法的主要思想，然后會(huì)使用圖解的方式直觀算法的工作流程。。。。。。。。。
?重點(diǎn)掌握其算法思想，以及其算法的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場景。。。。。
（1） 引用計(jì)數(shù)法
引用計(jì)數(shù)法是最經(jīng)典的一種垃圾回收算法。其實(shí)現(xiàn)很簡單，對于一個(gè)A對象，只要有任何一個(gè)對象引用了A，則A的引用計(jì)算器就加1，當(dāng)引用失效時(shí)，引用計(jì)數(shù)器減1.只要A的引用計(jì)數(shù)器值為0，則對象A就不可能再被使用。
雖然其思想實(shí)現(xiàn)都很簡單（為每一個(gè)對象配備一個(gè)整型的計(jì)數(shù)器），但是該算法卻存在兩個(gè)嚴(yán)重的問題：
1）? 無法處理循環(huán)引用的問題，因此在Java的垃圾回收器中，沒有使用該算法。
2）? 引用計(jì)數(shù)器要求在每次因引用產(chǎn)生和消除的時(shí)候，需要伴隨一個(gè)加法操作和減法操作，對系統(tǒng)性能會(huì)有一定的影響。
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一個(gè)簡單的循環(huán)引用問題描述：
對象A和對象B，對象A中含有對象B的引用，對象B中含有對象A的引用。此時(shí)對象A和B的引用計(jì)數(shù)器都不為0，但是系統(tǒng)中卻不存在任何第三個(gè)對象引用A和B。也就是說A和B是應(yīng)該被回收的垃圾對象，但由于垃圾對象間的互相引用使得垃圾回收器無法識別，從而引起內(nèi)存泄漏（由于某種原因不能回收垃圾對象占用的內(nèi)存空間）。
如下圖：不可達(dá)對象出現(xiàn)循環(huán)引用，它的引用計(jì)數(shù)器不為0，
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注意：由于引用計(jì)數(shù)器算法存在循環(huán)引用以及性能的問題，java虛擬機(jī)并未使用此算法作為垃圾回收算法。
【可達(dá)對象】：通過根對象的進(jìn)行引用搜索，最終可以到達(dá)的對象。
【不可達(dá)對象】：通過根對象進(jìn)行引用搜索，最終沒有被引用到的對象。
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（2）標(biāo)記清除法
標(biāo)記清除法是現(xiàn)代垃圾回收算法的思想基礎(chǔ)。
標(biāo)記清除法將垃圾回收分為兩個(gè)階段：標(biāo)記階段和清除階段。
在標(biāo)記階段，首先通過根節(jié)點(diǎn)，標(biāo)記所有從根節(jié)點(diǎn)開始的可達(dá)對象，因此未被標(biāo)記的對象就是未被引用的垃圾對象。然后在清除階段，清除所有未被標(biāo)記的對象。這種方法可以解決循環(huán)引用的問題，只有兩個(gè)對象不可達(dá)，即使它們互相引用也無濟(jì)于事。也是會(huì)被判定位不可達(dá)對象。
標(biāo)記清除算法可能產(chǎn)生的最大的問題就是空間碎片。
如下圖所示，簡單描述了使用標(biāo)記清除法對一塊連續(xù)的內(nèi)存空間進(jìn)行回收。
從根節(jié)點(diǎn)開始（在這里僅顯示了兩個(gè)根節(jié)點(diǎn)），所有的有引用關(guān)系的對象均被標(biāo)記為存活對象（箭頭表示引用）。從根節(jié)點(diǎn)起，不可達(dá)對象均為垃圾對象。在標(biāo)記操作完成后，系統(tǒng)回收所有不可達(dá)對象。
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從上圖可以看出，回收后的內(nèi)存空間不再連續(xù)。在對象的對空間分配過程中，尤其是大對象的內(nèi)存分配，不連續(xù)內(nèi)存空間的工作效率要低于連續(xù)空間的，這也是該算法的缺點(diǎn)。
注意：標(biāo)記清除算法先通過根節(jié)點(diǎn)標(biāo)記所有可達(dá)對象，然后清除所有不可達(dá)對象，完成垃圾回收。后面會(huì)講到標(biāo)記壓縮算法，注意兩者的區(qū)別。。。。。。
（3） 復(fù)制算法
算法思想：將原有的內(nèi)存空間分為兩塊相同的存儲(chǔ)空間，每次只使用一塊，在垃圾回收時(shí)，將正在使用的內(nèi)存塊中存活對象復(fù)制到未使用的那一塊內(nèi)存空間中，之后清除正在使用的內(nèi)存塊中的所有對象，完成垃圾回收。
如果系統(tǒng)中的垃圾對象很多，復(fù)制算法需要復(fù)制的存活對象就會(huì)相對較少（適用場景）。因此，在真正需要垃圾回收的時(shí)刻，復(fù)制算法的效率是很高的。而且，由于存活對象在垃圾回收過程中是一起被賦值到另一塊內(nèi)存空間中的，因此，可確保回收的內(nèi)存空間是沒有碎片的。（優(yōu)點(diǎn)）
但是復(fù)制算法的代價(jià)是將系統(tǒng)內(nèi)存空間折半，只使用一半空間，而且如果內(nèi)存空間中垃圾對象少的話，復(fù)制對象也是很耗時(shí)的，因此，單純的復(fù)制算法也是不可取的。（缺點(diǎn)）
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圖解算法回收流程：
A、B兩塊相同的內(nèi)存空間（原有內(nèi)存空間折半得到的兩塊相同大小內(nèi)存空間AB），A在進(jìn)行垃圾回收，將存活的對象復(fù)制到B中，B中的空間在復(fù)制后保持連續(xù)。完成復(fù)制后，清空A。并將空間B設(shè)置為當(dāng)前使用內(nèi)存空間。
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在java中的新生代串行垃圾回收器中，使用了復(fù)制算法的思想，新生代分為eden空間、from空間和to空間3個(gè)部分，其中from和to空間可以看做用于復(fù)制的兩塊大小相同、可互換角色的內(nèi)存空間塊（同一時(shí)間只能有一個(gè)被當(dāng)做當(dāng)前內(nèi)存空間使用，另一個(gè)在垃圾回收時(shí)才發(fā)揮作用），from和to空間也稱為survivor空間，用于存放未被回收的對象。
【新生代對象】：存放年輕對象的堆空間，年輕對象指剛剛創(chuàng)建，或者經(jīng)歷垃圾回收次數(shù)不多的對象。
【老年代對象】：存放老年對象的堆空間。即為經(jīng)歷多次垃圾回收依然存活的對象。
? ? ?在垃圾回收時(shí)，eden空間中存活的對象會(huì)被復(fù)制到未使用的survivor空間中（圖中的to），正在使用的survivor空間（圖中的from）中的年輕對象也會(huì)被復(fù)制到to空間中（大對象或者老年對象會(huì)直接進(jìn)入老年代，如果to空間已滿，則對象也會(huì)進(jìn)入老年代）。此時(shí)eden和from空間中剩余對象就是垃圾對象，直接清空，to空間則存放此次回收后存活下來的對象。
優(yōu)點(diǎn)：這種復(fù)制算法保證了內(nèi)存空間的連續(xù)性，又避免了大量的空間浪費(fèi)。
注意：復(fù)制算法比較適用于新生代。因?yàn)樵谛律?#xff0c;垃圾對象通常會(huì)多于存活對象，算法的效果會(huì)比較好。
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（4） 標(biāo)記壓縮算法
復(fù)制算法的高效性是建立在存活對象少、垃圾對象多的情況下，這種情況在新生代比較常見，
但是在老年代中，大部分對象都是存活的對象，如果還是有復(fù)制算法的話，成本會(huì)比較高。因此，基于老年代這種特性，應(yīng)該使用其他的回收算法。
標(biāo)記壓縮算法是老年代的回收算法，它在標(biāo)記清除算法的基礎(chǔ)上做了優(yōu)化。（回憶一下，標(biāo)記清除算法的缺點(diǎn)，垃圾回收后內(nèi)存空間不再連續(xù)，影響了內(nèi)存空間的使用效率。。。）
和標(biāo)記清除算法一樣，標(biāo)記壓縮算法也首先從根節(jié)點(diǎn)開始，對所有可達(dá)的對象做一次標(biāo)記，
但之后，它并不是簡單的清理未標(biāo)記的對象，而是將所有的存活對象壓縮到內(nèi)存空間的一端，之后，清理邊界外所有的空間。
這樣做避免的碎片的產(chǎn)生，又不需要兩塊相同的內(nèi)存空間，因此性價(jià)比高。
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圖解其算法工作過程：
通過根節(jié)點(diǎn)標(biāo)記出所有的可達(dá)對象后，沿著虛線進(jìn)行對象的移動(dòng)，將所有的可達(dá)對象移到一端，并保持他們之間的引用關(guān)系，最后，清理邊界外的空間。
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標(biāo)記壓縮算法的最終效果等同于標(biāo)記清除算法執(zhí)行完成后，再進(jìn)行一次內(nèi)存碎片的整理，因此也稱之為標(biāo)記清除壓縮算法。
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（5） 分代算法
前面介紹的垃圾回收算法中，并沒有一種算法可以完全替代其他算法，各自具有自己的特點(diǎn)和優(yōu)勢，因此需要根據(jù)垃圾對象的特性選擇合適的垃圾回收算法。
分代算法思想：將內(nèi)存空間根據(jù)對象的特點(diǎn)不同進(jìn)行劃分，選擇合適的垃圾回收算法，以提高垃圾回收的效率。
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通常，java虛擬機(jī)會(huì)將所有的新建對象都放入稱為新生代的內(nèi)存空間。
新生代的特點(diǎn)是：對象朝生夕滅，大約90%的對象會(huì)很快回收，因此，新生代比較適合使用復(fù)制算法。
當(dāng)一個(gè)對象經(jīng)過幾次垃圾回收后依然存活，對象就會(huì)放入老年代的內(nèi)存空間，在老年代中，幾乎所有的對象都是經(jīng)過幾次垃圾回收后依然得以存活的，因此，認(rèn)為這些對象在一段時(shí)間內(nèi)，甚至在程序的整個(gè)生命周期將是常駐內(nèi)存的。
老年代的存活率是很高的，如果依然使用復(fù)制算法回收老年代，將需要復(fù)制大量的對象。這種做法是不可取的，根據(jù)分代的思想，對老年代的回收使用標(biāo)記清除或者標(biāo)記壓縮算法可以提高垃圾回收效率。
注意：分代的思想被現(xiàn)有的虛擬機(jī)廣泛使用，幾乎所有的垃圾回收器都區(qū)分新生代和老年代。
對于新生代和老年代來說，通常新生代回收的頻率很高，但是每次回收的時(shí)間都很短，而老年代回收的頻率比較低，但是被消耗很多的時(shí)間。為了支持高頻率的新生代回收，虛擬機(jī)可能使用一種叫做卡表的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，卡表為一個(gè)比特位集合，每一個(gè)比特位可以用來表示老年代的某一區(qū)域中的所有對象是否持有新生代對象的引用，
這樣以來，新生代GC時(shí)，可以不用花大量時(shí)間掃描所有老年代對象，來確定每一個(gè)對象的引用關(guān)系，而可以先掃描卡表，只有當(dāng)卡表的標(biāo)記為1時(shí)，才需要掃描給定區(qū)域的老年代對象，而卡表為0的所在區(qū)域的老年代對象，一定不含有新生代對象的引用。
如下圖表示：
卡表中每一位表示老年代4KB的空間，卡表記錄為0的老年代區(qū)域沒有任何對象指向新生代，只有卡表為1的區(qū)域才有對象包含新生代對象的引用，因此在新生代GC時(shí)，只需要掃面卡表為1所在的老年代空間，使用這種方式，可以大大加快新生代的回收速度。
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（6） 分區(qū)算法
算法思想：分區(qū)算法將整個(gè)堆空間劃分為連續(xù)的不同小區(qū)間，
如圖所示：
每一個(gè)小區(qū)間都獨(dú)立使用，獨(dú)立回收。
算法優(yōu)點(diǎn)是：可以控制一次回收多少個(gè)小區(qū)間
通常，相同的條件下，堆空間越大，一次GC所需的時(shí)間就越長，從而產(chǎn)生的停頓時(shí)間就越長。為了更好的控制GC產(chǎn)生的停頓時(shí)間，將一塊大的內(nèi)存區(qū)域分割成多個(gè)小塊，根據(jù)目標(biāo)的停頓時(shí)間，每次合理的回收若干個(gè)小區(qū)間，而不是整個(gè)堆空間，從而減少一個(gè)GC的停頓時(shí)間。
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from:?http://blog.csdn.net/wen7280/article/details/54428387 《新程序員》：云原生和全面數(shù)字化實(shí)踐50位技術(shù)專家共同創(chuàng)作，文字、視頻、音頻交互閱讀
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的图解JVM垃圾回收算法的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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