初探JVM之垃圾收集算法

当垃圾收集成为系统达到更高并发量的瓶颈时，就需要对“自动化”的技术实施必要的监控和调节。

引用计数算法

就是对一个对象添加一个引用计数器，每当有一个对象引用时，计数器就加1，引用失效时，对象减一，当计数器为0时，代表不可能再被使用，就开始回收。

但是在主流java虚拟机里面没有选用引用计数算法来管理内存，因为它很难解决对象之间相互循环引用的例子，比如objA.instance = objB，objB.instance = objA。就不能被回收，但是实际上虚拟机回收了，说明jvm不是用这个算法的。

可达性分析算法

基本思想就是通过一系列的”GC Roots”的对象作为起始点，从这些起点向下搜索，所走过的路径被成为引用链，如果一个对象不能到达“GC Roots”，则说明这个对象是不可用的，可以回收。

GCRoots包括：虚拟机栈（本地变量表）中引用的对象；方法区中类静态属性引用的对象；方法区中常量引用的对象；本地方法栈中JNI（native方法）引用的对象。

注：任何对象的finalize()方法只会被系统自动调用一次。

标记-清除算法

基本思想就是：首先标记所有需要回收的对象，在标记完成之后统一回收所有被标记的对象，至少经历两次标记，在可达性分析算法分析到该对象可以被回收时，被第一次标记，然后判断是否有必要执行finalize()方法，当对象没有覆盖该方法或者已经该方法已经被虚拟机调用过，则被虚拟机看做没有必要执行，如果要执行，则会将该对象放入F-Queue队列之中，这时，虚拟机会用低优先级的finalizer线程去调用，如果finalize()中该对象没有被拯救（重新引用不就被拯救了）那么就进行第二次小规模的标记，标记后就要开始回收了。主要有两个不足：效率太慢，空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，碎片太多会导致在分配较大对象时，无法找足够的连续内存而不得不提前除法另一次垃圾收集动作。

复制算法

基本思想是：将内存分为大小相等的两块，每次只使用其中一块，这一块用完了，就将还存活的对移到另一块上，再将这一块统一清理掉。实现简单，运行高效，但是会将内存缩小一半，代价太高，现代商业虚拟机用这种算法来收集新生代，但是并不需要1:1的比例来划分内存空间，具体方式请查阅详细资料。

标记-整理算法

主要用于收集老生代，标记过程与“标记-清除”方法一样，整理的方法确实让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。

分代收集算法

一般将堆分为新生代和老生代，不同代采用不同的算法，例如新生代每次有大批对象死去，就采用“复制算法”，高效，而老生代对象存活效率高，没有额外空间分配，就采用“标记-清理”或“标记整理”算法来进行回收。

HotSpot算法实现

枚举根节点

可达性分析时会有一小段时间天都女，因为这项分析工作必须确保在一致性的快照中进行，不可以出现分析过程中对象引用关系还在不断变化的情况，所以就像停顿了一下，这就是枚举根节点。为了解决这个问题，虚拟机中采用了OopMap的数据结构来达到这个目的。

安全点

在这个数据结构帮助下，虚拟机可以快速准确的完成GC Roots枚举，但是可能发生对象引用的变化，如果变化量太大，就需要生成大量的OopMap，需要大量的额外空间。实施生只在特定的位置记录这些信息，这些位置就是安全点。即程序执行时并非在所有地方都停顿下来开始gc，只有达到安全点的时候才开始。

安全区域

在多线程的时，线程处于sleep时候或者blocked时，这些线程无法响应jvm的中断请求，走到安全的地方就去中断挂起，JVM不太可能登台线程重新被分配CPU时间去执行，这时需要安全区域，

安全区域指一段代码中，引用关系不会发生变化，这块区域中任何时间开始gc都是安全的。