JVM垃圾收集算法

    在JVM中，程序计数器、虚拟机栈、本地方法栈3个区域随着线程而生，随线程而灭；栈中的栈帧随着方法的进入和退出而有条不紊的执行的出栈和入栈操作。每个栈帧中分配多少内存基本上是在类结构确定下来时就已知的，因此这几个区域的内存分配和回收都具备确定性，因此这几个区域内疚不需要过多考虑回收的问题，因为方法结束或者线程结束时，内存自然就随着回收了。而Java堆和方法区则不一样，一个接口中的多个实现类需要的内存可能不一样，一个方法中的多个分支需要的内存也不一样，我们只有在程序处于运行期间才能知道会创建哪些对象，这部分内存的分配和回收都是动态的，垃圾收集器所关注的是这部分内存，所以本篇文章所说的内存分配和回收指的也是这一部分内存。
    判断对象是否已死
   

• 引用计数算法
• 可达性分析算法

    1、引用计数算法
       定义：给对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器值就加1；引用失效时，计数器值就减1；任何时刻计数器为0的对象就是不可能再被使用的。
       但是目前主流的JAVA虚拟机并没有选用引用计数算法来管理内存，其中最主要的原因是它很难解决对象之间相互循环引用的问题（比如objA.instance=objB;ObjB.instance=objA）。
    2、可达性分析算法
       主流的商用程序语言（Java，C#等）的主流实现中，都是通过可达性分析（Reachability Analysis）来判定对象是否存活的。这个算法的思路是通过一系列的称为"GC Roots"的对象作为起始点，从这些结点开始向下搜索，搜索走过的路径称为引用链（Reference Chain），当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时（也就是说从GC Roots到这个对象不可达），则证明此对象是不可用的。
        在Java中，可作为GC Roots的对象包括下面几种：

• 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）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（即Native方法）引用的对象。
           

JVM的垃圾收集算法主要包含以下几种：
    一、标记-清除算法（Mark-Sweep）
        这是最基础的收集算法，如同它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象，它的标记过程其实就是前面所说的引用计数和可达性分析算法的结果。
        之所以说他是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进得到的。它的不足之处有两个：一个是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；另一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。标记-清除算法的执行过程如下图所示：

    二、复制算法（Copying）
        为了解决效率问题，一种称为“复制”（Copying）的手机算法出现了，这种算法将可用内存按照容量分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片的问题了，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。这种做法的代价是将内存缩小为原来的一半，其实简单讲就是拿空间换时间。复制算法的执行过程如下图：

    现在的商业虚拟机都采用这种收集算法来回收新生代，IBM公司的专门研究表明，新生代中的对象98%是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块儿较大的Eden空间和两块较小的Surivior空间，每次使用Eden和其中一块儿Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor。当回收时，将Eden、和Survivor中还活着的对象一次性的复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才使用过的Survivor空间。Hotspot虚拟机默认的Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的内存会被“浪费”。当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，但Survivor空间不够用时，需要依赖其他内存（这里指老年代）进行分配担保（Handle Promotion）。
    三、标记-整理算法
        复制收集算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会变低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保，以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以在老年代中一般不能直接选用这种算法。
        根据老年代的特点，新的“标记-整理”（Mark-Compact）算法出现了，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存，“标记-整理”算法的示意图如下所示
    
    四、分代收集算法
        当代商业虚拟机的垃圾收集器都采用“分代收集（Generational Collection）”算法，这种算法时根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中， 每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高，没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记-整理”算法来进行回收。

参考文献：《深入理解Java虚拟机:JVM高级特性与最佳实践（第二版）》 周志明著