垃圾回收算法与垃圾收集器

一、垃圾回收算法

1. 标记-清除算法

工作流程：

第一阶段：标记出所有需要回收的对象
第二阶段：清除统一回收所有被标记的对象

优缺点：

• 优点：实现简单，适用于存活对象多的场景
• 缺点：会产生内存碎片，效率不稳定

2. 复制算法

工作流程：

将内存分为两块相等区域
只使用其中一块，另一块闲置
GC时将存活对象复制到闲置区域
清空原使用区域，两块区域角色互换

优缺点：

• 优点：无内存碎片，效率高
• 缺点：浪费一半内存空间，以空间换时间

3. 标记-整理算法

工作流程：

第一阶段：标记所有存活对象
第二阶段：将存活对象向内存一端移动
第三阶段：清理掉边界以外的内存

优缺点：

• 优点：无内存碎片，内存利用率高
• 缺点：移动对象成本高，效率较低

二、垃圾收集器

新生代收集器

1. Serial收集器

特点：

1. GC时会暂停所有用户线程（Stop The World）
2. 单线程执行垃圾回收
3. 回收完成后恢复用户线程

2. ParNew收集器

特点：

1. 多线程并行收集
2. 其他行为与Serial完全一样
3. 常与CMS搭配使用

3. Parallel Scavenge收集器

特点：

1. 可控制的吞吐量（运行代码时间/(运行代码时间+GC时间)）
2. 自适应调节策略
3. 目标是达到可控的吞吐量

老年代收集器

1. Serial Old收集器

这是Serial收集器的老年代版本：

还是单线程工作
使用标记-整理算法
主要用在客户端程序上

2. Parallel Old收集器

这是Parallel Scavenge的搭档：

多线程并行工作
同样使用标记-整理算法
和Parallel Scavenge一起使用，整体注重吞吐量

3. CMS收集器

CMS全称是Concurrent Mark Sweep，意思是并发标记清除，这是个很有特色的收集器：
工作流程比较复杂：

初始标记：快速标记一下根源对象，这个过程需要暂停程序
并发标记：一边让程序正常跑，一边慢慢标记所有要清理的对象
重新标记：再暂停一下程序，修正错标、漏标的对象
并发清除：一边让程序跑，一边清理垃圾

CMS的缺点：

1. 在并发标记阶段会和用户线程争抢CPU资源，影响用户线程的执行效率
2. 清理过程中还在产生新垃圾（浮动垃圾），有些垃圾这次清理不了，得放到下一次GC
3. 使用标记-清除算法，会产生内存碎片

G1收集器

概念特点

G1是Garbage First的缩写，这是目前比较先进的收集器：

1. 把整个内存分成很多小块（Region），每块通常1-32MB
2. 每个小块可以分别当作新生代或老年代来用
3. 每次清理的时候，会根据垃圾最多、回收效益最高的的几个小块来清理

G1的工作流程

初始标记：快速标记根源对象，需要暂停程序
并发标记：程序正常跑的同时进行标记工作
最终标记：暂停程序，处理并发期间的变化
筛选回收：暂停程序，选择最值得清理的区域进行回收

G1的优势

1. 可以设定目标暂停时间，比如希望每次暂停不超过200毫秒
2. 内存利用率高，没有传统分代收集器的空间浪费
3. GC时不会产生内存碎片
4. 适合大内存应用，可以处理几个G到几十G的堆内存

三、算法与收集器的对应关系

收集器	算法选择	适用场景
Serial	复制(新生代)	单核CPU，小应用
ParNew	复制(新生代)	多核CPU，配合CMS
Parallel Scavenge	复制(新生代)	注重吞吐量
Serial Old	标记-整理(老年代)	单核CPU，小应用
Parallel Old	标记-整理(老年代)	注重吞吐量
CMS	标记-清除(老年代)	注重响应时间
G1	复制+标记-整理	大堆内存，低延迟要求