垃圾收集器与内存分配策略 -- 垃圾收集算法


之前我们谈过对象存活判定算法与条件。接下来我们谈谈具体会使用怎么样的方式进行回收

垃圾收集算法
(1)标记-清除算法(Mark-Sweep)
最基础的垃圾收集算法,后续的算法都是根据此算法进行升级改造。
此算法分为“标记”和“清除”两个阶段:
①首先标记出所有的需要回收的垃圾对象。这一步在之前对象存活判定算法与条件中,我们已经实现了。
②标记完成后,就会统一收回所有被标记的对象。

标记-清除算法示意图

标记清除算法.png

虽然作为最基础的垃圾收集算法,但是也有它自身的不足
①效率问题:在标记和清除两个过程效率都不高
②空间问题:在执行完清除操作后,会留下大量不连续的内存碎片,内存碎片太多就会导致在下一次程序给大对象分配空间时会遇到空间不足的现象,因此就会提前再进行一次垃圾收集行为。

为了解决这两个不足点,后续又推出了几种升级改造的算法

(2)复制算法(Copying)
之所以称为“复制”算法是因为该算法会将整个内存空间先分为两大块,然后使用其中一块内存进行存储对象,如果这块内存空间用完了或者空间不足以存储新对象,那么就会对这块内存空间触发“标记”行为,将那些还存活的对象复制到另一块新内存空间中,然后把之前用过的内存空间清理掉。这样就形成了每次都会对整个半区进行内存回收,也不用考虑会产生的内存碎片问题。相对于标记-清除算法更加的简单高效,空间问题也得以解决。

但是复制算法为此付出的是:将可以使用的内存空间缩小了一半。

复制算法示意图

复制算法.png

使用场景:新生代

新生代.png

新生代:主要用来存放新生的对象,这些对象的特点是:大部分都是生命周期不长久的对象,一般占据堆1/3的空间。新生代空间可以分为:Eden空间与两块Survivor空间,每次使用Eden空间与其中一块 ToSpace空间。当进行垃圾回收时,Eden和FromSpace区域中存活的对象复制到ToSpace区域,然后清空Eden和FromSpace中的对象,最 后ToSpace和FromSpace互换,原ToSpace成为下一次GC时的FromSpace区。在HotSpot虚拟机上默认将Eden空间与Survivor空间的比例设置为8:1:1,也就是说在新生代中可给对象内存空间为整个内存的90%。如果剩下的那块 ToSpace 空间没有足够的空间将剩下的存活对象保存,那么就会找其他内存(比如老年代)帮忙保存。

复制算法在对象存活率较高时就会频繁进行复制操作,效率因此降低。并且在某些极端情况下还需要其他内存(比如老年代)帮忙保存,这样在老年代中是不提倡使用该算法的。

(3)标记-整理算法(Mark-Compact)
老年代:主要存放应用程序中生命周期长的内存对象。明显对于生命周期长久的对象若采用复制算法就需要频繁的进行复制操作,这是不符合高效率的,因此在老年代,我们一般采用标记-整理算法。
这个算法的前半部分跟我们之前谈过的标记-清除算法(Mark-Sweep)中的是相同的,也就是标记过程是一致的,但是标记完对象后并不会直接对对象进行清除,而是将所有可以存活的对象向一端移动,然后直接清理掉边界以外的内存。

标记-整理算法示意图

标记整理算法.png

(4)分代收集算法(Generational Collection)
目前的商用虚拟机的垃圾回收都采用此算法回收垃圾对象。根据对象存活周期的不同将内存分为几块,然后使用对应的算法管理各块的回收。比如新生代的对象生命周期短,那么就采用复制算法;老年代的对象生命周期长就采用标记-清除算法或标记-整理算法。

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