JVM知识总结之垃圾收集算法

什么是垃圾收集算法

垃圾收集算法（Garbage Collection Algorithm）是指垃圾收集器（Garbage Collector，GC）在执行“垃圾收集”操作时，所采用的具体算法。垃圾收集器的作用是自动释放内存中不再被使用的对象。

常见的垃圾收集算法

1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

标记-清除算法（Mark-Sweep）是一种比较简单的垃圾收集算法，分为标记和清除两个阶段。在标记阶段，垃圾收集器标记所有被引用的对象；在清除阶段，垃圾收集器清除未被标记的对象。

标记-清除算法的缺点是会产生大量的碎片空间。当内存中有大量碎片化的空间时，无法分配较大的对象，导致垃圾收集更加频繁，性能下降。

2. 标记-整理算法（Mark-Compact）

标记-整理算法（Mark-Compact）是一种将未被标记的对象清除并整理剩下的存活对象的垃圾收集算法。在标记阶段，垃圾收集器标记所有被引用的对象，并将所有存活的对象向内存的一端移动；在整理阶段，垃圾收集器将所有存活的对象向一端移动，并清理掉所有未被标记的对象。

这种垃圾收集算法会导致内存中的存活对象不断移动，因此相对于标记-清除算法，它的性能更高，但也存在相应的缺陷，比如需要有移动对象的复制成本。

3. 复制算法（Copy）

复制算法（Copy）是一种将内存分为两个区域的垃圾收集算法，一般称为年轻代和老年代。在垃圾回收过程中，将年轻代的存活对象复制到另一个未使用的区域，然后清除年轻代中的所有对象。当老年代满时，也会进行垃圾回收，将存活对象复制到未使用的区域。

复制算法的优点是效率高且实现简单，但是却会浪费一半的内存空间。

垃圾收集算法的选择和优化

选择垃圾收集算法要根据应用程序的实际需求做出决策。为了更好地优化垃圾收集器的性能，可以进行以下优化：

1. 合理设置内存大小，避免碎片化。
2. 考虑使用不同的垃圾收集器，例如在应用程序启动初期需要尽可能减少停顿时间就要选择并行垃圾收集器。
3. 调整垃圾收集的线程数量，根据应用程序的实际需求来设置。

垃圾收集算法示例

下面是标记-清除算法的示例，假设有以下的对象：

A -> B -> C -> D
     B -> E -> F
     C -> G -> H

其中箭头表示引用关系，箭头起点是依赖引用的对象，箭头终点是被依赖引用的对象。

标记-清除算法第一步是标记所有被引用对象：

A -> B -> C -> D
 ✔  B -> E -> F
 ✔  C -> G -> H

其中打钩的是被标记为存活的对象。

第二步是清除未被标记的对象：

A -> B -> C -> D
 ✔  B ->    -> 
 ✔  C -> G -> 

其中所有未被标记打钩的对象都被清除了。

下面是复制算法的示例，将内存空间分为两个区域，一部分是年轻代，另外一部分是老年代。其中，年轻代使用复制算法来进行垃圾收集操作。

假设有以下的对象：

A -> B -> C -> D
     B -> E -> F
     C -> G -> H

其中箭头表示引用关系。

第一步是将年轻代的所有数据复制到另一个未使用的区域：

A -> B -> C -> D

第二步是清除年轻代区域中的所有对象：

第三步是将存活的对象移动到老年代区域：

A -> B -> C -> D

最后一步是在老年代区域进行垃圾回收操作，将存活对象复制到另一个未使用的区域。