学习笔记《垃圾回收算法》

一、垃圾回收算法

1、引用计数法

引用计数法的实现非常简单,只需要为每个对象配备一个计数器即可。但是存在一个严重的问题就是不能解决循环应用的问题。因此在java的垃圾回收器中,没有使用这种算法。

2、标记清除算法

标记清楚算法是现在垃圾回收算法的思想基础。标记清除算法将垃圾回收分为两个阶段:标记和清除阶段。

在标记阶段,首先通过根节点,标记所有从根节点开始的可达对象。因此未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。然后在清除阶段,清除未被标记的对象。标记清楚算法可能产生最大的问题就是空间碎片。

3、复制算法

与标记清除算法相比,复制算法是一种相对高效的回收方法。它的核心思想是:将原有的内存空间分为两块,每次只使用其中一块,在垃圾回收时,将正在使用的内存块中的存活对象复制到未使用的内存块中,之后,清除正在使用的内存块中的所有对象,交换两个内存的角色,完成垃圾回收。

如果系统中的垃圾对象很多,复制算法需要复制的存活对象数量并不会太大。因此在真正需要垃圾回收的时刻,复制算法的效率是很高的。又由于对象是再垃圾回收过程中统一被复制到新的内存空间中,因此,可确保回收后的内存空间是没有碎片的。虽然有以上两大优点,但是复制算法的代价缺点是将系统内存折半,因此,单纯的复制算法也很难让人接受。

在java的新生代串行垃圾回收器中,使用的复制算法思想。

在垃圾回收时,Eden空间的存活对象会被复制到未使用的survivor空间中(假设是to),正在使用的survivor空间(假设是from)中的年轻对象也会被复制to空间中(大对象或者老年对象直接回进入老年代,如果to空间已满,则对象也会直接进入老年代)此时Eden空间和from空间中的剩余对象就是垃圾对象,可以直接清空,to空间则存放此次回收的存活对象。

4、标记-压缩算法

复制算法的高效性是建立在存活对象少,垃圾对象多的前提下的。这种情况在年轻代经常发生,但是在老年代,更常见的情况大部分对象都是存活对象。如果依然使用复制算法,由于存活对象较多,复制的成本也将很高。因此,基于老年代垃圾回收的特性,需要使用新的算法。标记压缩算法是一种老年代的回收算法,它在标记清除的算法的基础上做了一些优化,标记压缩算法也需要从根节点开始,对所有可达对象做一次标记。但之后,并不是清理未标记的对象,而是将所有的存活对象压缩到内存的一端。之后,清理边界的所有空间。这种方法即避免了碎片的产生,又不需要两块相同的内存空间,因此性价比较高。

5、增量算法

对大部分的垃圾回收算法而言,在垃圾回收的过程中,应用软件将处于一种Stop the World的状态。在Stop the World 的状态下,应用程序的所有线程都会被挂起,暂停一切正常的工作,等待垃圾回收完成。如果垃圾回收时间很长,应用程序就会挂起很久,将会严重影响用户体验或者系统的稳定性。

增量算法的基本思想是,如果一次将所有的垃圾进行处理,需要造成系统的长时间停顿,那么久可以让垃圾收集的线程和应用程序线程交替执行。每次垃圾收集只收集一小片区域,接着切换到应用线程。可以减少系统的停顿时间。但是,因为线程的切换和上下文转换的消耗,会使得垃圾回收的成本上升,造成吞吐量的下降。

6、分代

以Hot Spot为例,新生代用复制算法,老年代用标记压缩算法。

二、垃圾收集器的类型

按线程分,可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器。串行垃圾回收器一次只使用一个线程进行垃圾回收;并行垃圾回收器一次将开启多个线程同时进行垃圾回收。在并行能力较强的CPU上使用并行垃圾回收器可以缩短GC的停顿时间。


按照工作模式分,可以分为并发式垃圾回收器和独占式垃圾回收器。并发式垃圾回收器与应用程序线程交替工作,以尽可能的减少应用程序的停顿时间;独占式垃圾回收器(Stop the World)一旦运行,就停止应用程序中的其他线程,直到垃圾回收过程完全结束。


按照碎片处理方式,可分为压缩式垃圾回收和非压缩式垃圾回收器。压缩式垃圾回收器会在回收完成后,对存活的对象进行压缩整理,消除回收后的碎片;非压缩式的垃圾回收器,不进行这不操作。


按工作的内存区间,又可分为新生代垃圾回收器和老年代垃圾回收器。顾名思义,新生代垃圾回收器只在新生代工作;老年代垃圾回收器则工作在老年代。

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