标记-清除算法

  最基础的垃圾收集算法是“标记-清除”(Mark-Sweep)算法，分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。标记的过程见上章“标记与二次标记”部分。

  这种算法的不足之处有两个：

  • 效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高。
  • 空间问题，标记清除之后产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能导致以后在程序运行时需要分配较大对象时无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

  “标记-清除”算法示意图:
“标记-清除”算法示意图

复制算法

  复制算法是将内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块内存用完了，就将还存活着的对象复制到另一块上面去，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可。这种算法的代价就是将内存缩小为原来的一半，太高了一些。

  复制算法示意图:
复制算法示意图

  现代的商业虚拟机都采用复制算法来回收新生代。将内存划分为一块较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden空间和其中的一块Survivor空间。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的内存会被“浪费”。

  我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。

标记-整理算法

  复制收集算法在对象存活率较高时就要较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代一般不能直接选用这种算法。

  根据老年代的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。

  “标记-整理”算法的示意图:
“标记-整理”算法示意图

分代收集算法

  根据对象存活周期的不同将内存划分为几块，一般是把Java堆分为新生代和老年代。

  • 新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。
  • 老年代中，因为对象存活率高、没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。