Java垃圾回收之分代收集算法详解

什么是垃圾回收？

垃圾回收是Java语言最为重要的特性之一，可以处理程序运行期间产生的，但又不再被程序使用的对象和数据，从而释放出空间供程序使用。垃圾回收的核心是通过扫描内存中的对象，判断哪些已经无法被程序访问，然后将这些对象释放。

分代收集算法

分代收集算法是垃圾收集算法中的一种，其核心思想是根据对象生命周期的不同，将Java堆分为不同的分代，然后对不同分代的对象采用不同的垃圾回收策略。

在常用的分代收集算法中，Java堆被分为年轻代（Young Generation）和老年代（Tenured Generation）两个部分，其中年轻代又被进一步分为Eden区、Survivor0区和Survivor1区。一般情况下，新创建的对象都会放到Eden区，如果Eden区满了，便会触发Minor GC，将Eden区和Survivor0区中的存活对象挑出来放入Survivor1区，然后清空Eden区和Survivor0区。当Survivor1区满了以后，会将其中的存活对象移动到Survivor0区，并将Survivor1区清空。这个过程被称为Suvivor区的Copy操作。当Survivor0区也满了后，会触发Minor GC，将其中的存活对象移动到老年代中，并将Survivor0区清空。

老年代的情况稍有不同，一般情况下老年代中的对象都已经存活了很长一段时间，在年轻代多次GC后才会进入老年代。触发Full GC时，会清理整个堆，包括年轻代和老年代中的对象。

示例

示例一

public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] array1 = new byte[10 * 1024 * 1024];
        byte[] array2 = new byte[3 * 1024 * 1024];
        byte[] array3 = new byte[3 * 1024 * 1024];
        byte[] array4 = new byte[3 * 1024 * 1024];
    }
}

在这个示例中，我们创建了四个数组对象，分别占用了10MB、3MB、3MB和3MB的内存空间。这些对象都是年轻代中的对象，因此触发Minor GC时，这些对象都会被认为是存活对象，将被移动到Survivor0区。当Survivor0区满时，这些对象会被移动到老年代中，在Full GC时会被清除。

示例二

public class Demo {
    private static ArrayList<Object> list = new ArrayList<>();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        for (int i = 0; i < 10000; i++) {
            list.add(new byte[1024 * 1024]);
            Thread.sleep(100);
        }
    }
}

在这个示例中，我们创建了一个全局的ArrayList对象，用于存储1MB大小的byte数组。在main函数中，我们不断地向这个ArrayList中添加数组对象，并且每添加一个对象后，进程会暂停100毫秒。由于程序不停地添加对象，因此堆中的对象数量会不断地增加。在不久的将来，堆空间会被耗尽。在这个时候，会触发Full GC，将所有对象进行清理。由于这个程序中所有对象都是年轻代中的对象，因此Full GC会非常频繁，频繁的Full GC会导致程序的性能很差，因此需要通过调整JVM的参数来使其更高效地处理大量对象的情况。