常见的垃圾回收算法和垃圾收集器

叁歲伎倆 2023-02-11 14:29 16阅读 0赞

> 从如何判断消亡的角度出发，垃圾收集算法可分为：“ 引用计数式垃圾收集 ” 和 “ 追踪式垃圾收集 ” 。也被称为： “直接垃圾收集 ” 和 “ 间接垃圾收集 ” 。

##### 一、分代收集理论 #####

大多数商业虚拟机都遵循分代收集的理论，它建立在两个假说之上：

> 1.  弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕灭的。
> 2.  强分代假说：熬过越多次垃圾收集过程的对象越难被回收。
> 3.  跨代引用假说：跨代引用相对于同代来说仅占极少数。

前两条假说共同奠定了多款常用的垃圾收集器的统一设计原则：垃圾收集器应该将 Java 堆划分出不同的区域，然后将回收对象依据其年龄分配到不同的区域中存储。

##### 二、常见的垃圾回收算法 #####

###### 1. 标记 - 清除算法 ######

> 标记 - 清除算法分为标记和清除两个阶段：首先标记出所有需要清除的对象，在标记完成之后，统一回收所有被标记的对象。也可以反过来，标记存活的对象，回收没有被标记的对象。

> 缺点：执行效率不高，内存空间容易碎片化。

###### 2. 标记 - 复制算法 ######

> 它将可用的内存空间划分为两个大小相等的两块，每次只是一块，当一块用完之后就将还存活的对象放到另一块内存区域，并清除已经使用过的这一块的内存区域。

> 缺点：造成了严重的内存空间浪费

###### 3. 标记 - 整理算法 ######

> 首先标记出所有需要清除的对象，标记完成之后，让所有存活的对象都向内存空间的另一边移动，然后直接清除掉边界以外的内存区域

> 缺点：空间碎片化问题

##### 三、常见的垃圾收集器 #####

###### 1 . Serial 收集器 ######

> 这是一款针对于**新生代**，基于**单线程**，采用**标记 - 复制算法**来实现的最基础，最历史悠久的收集器，在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有工作线程，直到它结束收集。比较适合运行在**客户端模式**下的虚拟机。

###### 2 . ParNew 收集器 ######

> 这是一款针对于**新生代**，基于**多线程**，采用**标记 - 复制算法**来实现的收集器，实质上是 Serial 收集器的多线程并行版本，适合运行在**服务端模式**下的虚拟机。

###### 3 . Parallel Scavenge 收集器 ######

> 这是 一款针对于**新生代**，基于**多线程**，采用**标记 - 复制算法**来实现的一款**吞吐量优先**的收集器，它提供了两个参数用于精准控制吞吐量：-XX：MaxGCPauseMillis 参数用于控制最大垃圾收集停顿时间，-XX:GCTimeRatio  
> 参数用于直接设置吞吐量大小。

###### 4 . Serial Old 收集器 ######

> 这是一款针对于**老年代**，基于**单线程**，采用**标记 - 整理算法**来实现的一款 Serial 收集器的老年代版本，适合运行与**客户端模式**下的虚拟机。

###### 5 . Parallel Old 收集器 ######

> 这是一款针对于**老年代**，基于**多线程**，采用**标记 - 整理算法**来实现的一款**吞吐量优先**的收集器。

###### 6 . CMS 收集器 ######

> 这是一款针对于**老年代**，基于**多线程**，采用**标记 - 清除算法**来实现的收集器，主要优点为：**并发收集，低停顿**。缺点为：**对处理器资源非常敏感，无法处理浮动垃圾，容易造成空间碎片**。它的运作过程主要分为四个步骤：
> 
> 1.  初始标记
> 2.  并发标记
> 3.  重新标记
> 4.  并发清除

###### 7 . Garbage First（G1）收集器 ######

> 这是一款基于**多线程**，采用**标记 - 清除算法**来实现得一款主要**面向服务器端的应**用的垃圾收集器，它可以面向堆内存的任何部分来组成回收集来进行垃圾回收，衡量标准不再是它属于那个分代，而是**那个内存块存放的垃圾最多，回收效益最大**。它的运作过程分为四个部分：
> 
> 1.  初始标记
> 2.  并发标记
> 3.  最终标记
> 4.  筛选回收

##### 四、低延迟垃圾收集器 #####

###### 1 . Shenandoah 收集器 ######

> 它是第一款不是由 Oracle 公司开发的 HotSpot 垃圾收集器，基于 Region 的堆内存布局，同样有着用于存放大对象的 Humongous Region ，并且不设分代收集，默认的回收策略也同样是优先处理回收价值最大的 Region。  
> 工作过程大致分为九个阶段：
> 
> 1.  初始标记
> 2.  并发标记
> 3.  最终标记
> 4.  并发清理
> 5.  并发回收
> 6.  初始引用更新
> 7.  并发引用更新
> 8.  最终引用更新
> 9.  并发清理

###### 2 . ZGC 收集器 ######

> 它是一款基于 **Region 内存布局**的，（暂时）不设分代的，使用了**读屏障**，**染色指针**和**内存多重映射**等技术来实现**可并发的标记 - 整理算法**的，以**低延迟**为首要目标的一款垃圾收集器 。  
> 它的运作过程大致分为几个阶段：
> 
> 1.  并发标记
> 2.  并发预备重分配
> 3.  并发重分配
> 4.  并发重映射

##### 五、无操作垃圾收集器 #####

###### 1. Epsilon 收集器 ######

> 一个垃圾收集器除了垃圾收集这个本职工作之外，它还要负责堆的管理与布局，对象的分配，与解释器的协作，与监控子系统的协作，为了隔离垃圾收集器与 Java 虚拟机解释，编译，监控子系统的关系，RedHat 提出了统一的接口，即 JEP 304 提案，Epsilon 是这个接口的有效性验证和参考实现，同时也是用于需要剥离垃圾收集器影响性能测试和压力测试。优点：负载极小，没有任何回收行为。