JVM的垃圾回收算法工作原理详解

什么是垃圾回收？

垃圾回收是指自动管理程序中动态分配的内存的过程。在垃圾回收的过程中，垃圾收集器会扫描程序中的内存，查找出无用的对象，然后将它们的内存空间释放掉。这样就可以避免内存泄漏和程序崩溃。

垃圾回收算法

垃圾回收算法的目标是找出内存中无用的对象，然后回收这些对象所占用的内存空间。JVM采用的主要的垃圾回收算法有标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法和分代回收算法。

标记-清除算法

标记-清除算法是垃圾回收的最基本算法。它分为两个阶段，第一阶段会扫描程序中的所有对象，将还在使用的对象进行标记。第二阶段扫描整个内存空间，将未标记的对象清除掉。

但是标记-清除算法存在的问题是，它会产生大量碎片，使得内存空闲区域变得不连续，容易造成内存分配失败。

复制算法

复制算法会将内存空间分为两部分，每次使用一部分的空间，将其中还在使用的对象复制到另外一部分空间中。之后清除掉使用过的空间。

复制算法可以解决标记-清除算法产生的碎片问题，但是它需要一份完整内存空间用作复制。

标记-整理算法

标记-整理算法是标记-清除算法的改进，它会在标记阶段将所有还在使用的对象移动到内存的一侧。之后进行清理，整理出所有空闲区域。这种方法可以避免内存碎片。

分代回收算法

分代回收算法是一种将内存分成多个区域，针对每个区域设置不同的回收算法，以达到最佳效果的回收算法。根据对象的生命周期将内存分成不同的代，不同的内存区域使用不同的回收策略。

示例说明

示例1：标记-清除算法

//Java代码，使用标记-清除算法进行垃圾回收
public class TagClearDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object();
        Object o2 = new Object();
        Object o3 = o1;
        o1 = null;
        o2 = null;
        System.gc(); //强制触发垃圾回收
    }
}

在这个示例中，我们使用标记-清除算法进行了垃圾回收。程序创建了三个对象，其中o1和o3指向同一个对象，o2不指向任何对象。当o1和o2都被赋值为null时，它们就变成无用的对象了。通过强制触发垃圾回收，就可以将这些无用的对象回收掉。

示例2：分代回收算法

//Java代码，使用分代回收算法进行垃圾回收
public class GenerationsDemo {
    public static void main(String[] args) {
        Object o1 = new Object(); //创建第0代对象
        Object o2 = new Object(); //创建第0代对象
        Object o3 = new Object(); //创建第0代象
        System.gc(); //强制触发垃圾回收
        Object o4 = new Object(); //创建第0代对象
        Object o5 = new Object(); //创建第0代对象
        Object o6 = new Object(); //创建第0代对象
        o1 = null; //o1成为无用的对象，同时第0代空间不足
        o2 = null; //o2成为无用的对象，同时第0代空间不足
        System.gc(); //强制触发垃圾回收，将o1和o2回收掉
        Object o7 = new Object(); //创建第0代对象
        Object o8 = new Object(); //创建第0代对象
        Object o9 = new Object(); //创建第0代对象
        o4 = null; //o4成为无用的对象，同时第0代空间不足
        o5 = null; //o5成为无用的对象，同时第0代空间不足
        o6 = null; //o6成为无用的对象，同时第0代空间不足
        System.gc(); //强制触发垃圾回收，将o4、o5、o6回收掉
    }
}

在这个示例中，我们使用分代回收算法分别处理第0代和第1代对象。通过创建多个对象，可以模拟不同代的对象和空间使用情况。当一个对象无用时，会被回收掉，并腾出空间给其他对象使用。当第0代空间不足时，会将这些对象标记为无用，并在垃圾回收时回收掉。当第0代和第1代空间都不足时则采取满足条件的最老代进行垃圾回收操作。