标记-清除(Mark-Sweep)算法

当堆中的有效内存空间被耗尽的时候，就会停止整个程序(stop the world)，然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项是清除

• 标记：Collector从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象。一般是在对象的Header中记录为可达对象
• 清除：Collector对堆内从头到尾进行线性的遍历，如果发现某个对象在其Header中没有标记为可达对象，则将其回收。
• 缺点
  • 效率不算高
  • 在进行GC的时候，需要停止整个应用程序，导致用户体验差
  • 这种方式清除出来的空闲内存是不连续的，产生内存碎片，需要维护一个空闲列表
• 何为清除
  • 这里所谓的清除并不是真的置空，而是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表里，下次有新对象需要加载时，判断垃圾的位置空间是否够，如果够，就存放
    

复制算法

将活着的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，之后清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，最后完成垃圾回收。

• 优点

• 没有标记和清除过程，实现简单，运行高效
• 复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片”问题

• 缺点
  • 此算法的缺点也是很明显，就是需要两倍的内存空间
  • 对于G1这种分拆成为大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之前对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小
  • 如果系统中的垃圾对象很多，复制算法需要复制的存活对象数量并不会太大，或者说非常低才行。
    

标记-压缩(整理)Mark-Compact算法

标记清除算法的确可以应用在老年代中，但是该算法不仅执行效率低下，而且执行完内存回收后还会产生内存碎片，所以JVM设计者需要在此基础上进行改进，标记-压缩算法由此诞生

• 执行过程
  • 第一阶段和标记清除算法一样，从根节点开始标记所有被引用对象
  • 第二阶段将所有的存活对象压缩到内存的一端，按顺序排放，之后清理边界外所有的空间
• 标记压缩算法等同于标记清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片整理，因此也称为标记-清除-压缩算法
• 二者本质差异在于标记-清除算法是一种非移动式的回收算法，标记-压缩是移动式的，是否移动回收后的存活对象是一项优缺点并存的风险决策
• 可以看到，标记存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉，如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，比维护一个空闲列表显然少了许多开销
• 优点
  • 消除了标记-清除算法当中，内存区域分散的缺点，我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要一个内存起始地址即可
  • 消除了复制算法当中，内存减半的高额代价
• 缺点

• 从效率上来说，标记-整理算法低于复制算法
• 移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调整引用的地址
• 移动过程中，需要全程暂停用户应用程序，即STW

算法对比

效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存，拿空间换时间
而为了尽量兼顾上面提到的三个指标，标记-整理算法相对来说更平滑一些，但是效率上不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，比标记-清除多了一个整理内存阶段。

分代收集算法

• 不同对象的生命周期是不一样的，因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样可以根据各个年代的特点使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率
• 在Java程序运行过程中，会产生大量的对象，其中有些对象是与业务信息相关，比如http请求中的Session对象、线程、socket连接，这类对象跟业务直接挂钩，因此生命周期比较长，但还有一些对象，主要程序运行时生成的临时变量，这些对象生命周期比较短，比如String对象，由于其不变类的特性，系统会产生大量的这些对象，有些对象甚至只用一次即可回收
• 年轻代
  • 年轻代特点，区域相对老年代较小，对象生命周期短，存活率低，回收频繁
  • 这种情况复制算法的回收整理，速度是最快的，复制算法的效率只和当前存活对象大小有关，因此很适用于年轻代的回收，而复制算法内存利用率不高的问题，通过hotspot中的两个Survivor的设计得到缓解
• 老年代

• 老年代特点：区域较大，对象生命周期长、存活率高，回收不及年轻代频繁
• 这种情况存在大量存活率高的对象，复制算法明显变得不合适，一般由标记-清除或标记-整理的混合实现

• Mark阶段的开销与存活对象的数量成正比
• Sweep阶段的开销与所管理区域的大小成正相关
• Compact阶段的开销与存活对象的数据成正比

增量收集算法

如果一次性将所有的垃圾进行处理，需要造成系统长时间的停顿，那么就可以让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次，垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成。
总的来说，增量收集算法的基础仍是传统的标记-清除和复制算法，增量收集算法通过对线程间冲突的妥善处理，允许垃圾收集线程以分阶段的方式完成标记、清理或复制工作

• 缺点

• 由于垃圾回收过程中，间断性地还执行了应用程序代码，所以能够减少系统的停顿时间，但是，因为线程切换和上下文转换的消耗，会使用得垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量的下降

分区算法

• 一般来说，在相同条件下，堆空间越大，一次GC时所需要的时间就越长，有关GC产生的停顿也越长，为了更好的控制GC产生的停顿时间，将一块大的内存分割成多个小块，根据目标的停顿时间，每次合理的回收若干个小区间，而不是整个堆空间，从而减少一次GC所产生的停顿
• 分代算法将按照对象的生命周期长短划分成两个部分，分区算法将整个堆空间划分成连续的不同小区间
• 每个小区间都独立使用，独立回收，这种算法的好处是可以控制一次回收多少个小区间