深入理解Java虚拟机之经典垃圾收集器

Java虚拟机需要对内存中无用的对象进行清理，以便为新对象腾出空间，避免OutOfMemoryError异常。Java虚拟机中的垃圾收集器可以自动回收无用对象，减少程序员手动管理的工作量。

垃圾回收的基本过程分为两个步骤：标记和垃圾回收。

标记阶段：
- 遍历根对象，将根对象活跃的对象标记为存活。
- 遍历存活对象的所有引用，将其所包含的对象标记为存活。
- 重复上一步的过程，直到所有可到达的对象都标记为存活，这个过程被称为“可达性分析”。

垃圾回收阶段：
- 将重复利用的内存空间挑选出来，这部分内存空间将作为下一轮存储使用过的对象空间。
- 遍历整个堆空间，将未被标记的对象移回到空间池，将处理过的对象移动到下一轮可用的内存空间中。

标记-清除算法分为两个阶段：标记，清除。
- 标记阶段：所有的存活对象都被标记，未被标记的都是垃圾对象。
- 清除阶段：被判定为垃圾的对象将会被清除。

缺陷：
1. 标记阶段和清除阶段都需要暂停整个应用程序，会影响用户体验。
2. 清除后内存空间不连续而且散乱，会影响后续分配内存的效率。
3. 对象引用可以被多个对象引用，如果其中一个对象被回收，则其可能影响其他对象的使用，引发dangling pointer问题。

复制算法将可用的内存空间与垃圾回收保持完全分离，垃圾对象被回收后，剩下的内存会被整理，从而避免内存碎片化的问题。

步骤：
1. 将总可用内存空间一分为二，每个内含一半的空间。
2. 选取一半的空间进行对象分配。
3. 遍历已分配的对象，将其复制到另一半空间中。
4. 清理已分配的半部分空间，使其可变为下一轮分配使用。

复制算法的不足：
1. 只有一半的内存作为可用空间，不满足如今内存容量需求。
2. 复制算法只有一半的内存作为可用空间，正常情况下每一个对象被复制的次数都比较少，如果要存放所有的对象，那么我们需要将这个内存空间分成N份，复制N-1次才能将对象复制到这N份内存当中，复制的次数会明显增多。

去除标记-清除算法的缺陷，可以用标记-整理算法。标记-整理算法在标记阶段让不活跃的对象变成垃圾，清除阶段将所有存活的对象压缩到连续的内存空间中，并把未压缩的内存清理干净。

步骤：
1. 标记存活对象。
2. 将存活对象移到连续的内存地址中，而不是清除所有未被标记的存活对象。
3. 重置所有指针，以正确指向移动后的位置。
4. 清理不需要的内存区域。

在代码中定义了一个对象o1，并将其引用赋值给了o2。

Object o1 = new Object();
Object o2 = o1;

在执行过程中，o1和o2两个引用在栈内存上均指向堆内存中的同一对象。

若在外部执行了如下操作：

o1 = null;

此时，堆内存中的对象被标记为不再被引用，即为垃圾对象，但由于o2仍持有该对象的引用，此对象并不会被标记-清除算法回收，这就导致了内存泄漏。

在以下一个数组中进行对象分配：

Object[] arr = new Object[1000000];

当使用复制算法将数组分割为两个可用的内存空间进行对象分配时，如果数组的大小比分割后的空间还要大，就无法进行对象分配。此时需要使用滚动式压缩算法，在回收时将存活对象从内存里面移动到一端，并在移动后更新所有的被指向该对象的指针，从而减少内存压力。

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