JVM垃圾回收之JVM GC算法探究

在Java虚拟机（JVM）中，垃圾回收（Garbage Collection，GC）是自动管理内存的重要机制，它负责回收程序中不再使用的对象所占用的内存。GC算法是垃圾回收的核心，下面我们将详细介绍四种常见的GC算法，并通过代码示例进行简单的分析。

标记清除算法（Mark-Sweep）

标记清除算法是最基础的GC算法之一。它分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。在标记阶段，GC遍历所有对象，找出并标记不再使用的对象（即需要被回收的对象）。在清除阶段，GC将标记过的对象所占用的内存进行释放。

优点：实现简单，内存回收较为彻底。

缺点：标记和清除两个阶段的效率都不高，尤其是标记阶段，需要遍历所有对象。并且，由于标记和清除的时机不同步，可能会导致内存碎片化，需要额外的空间进行内存整理。

以下是标记清除算法的Java代码示例：

public class MarkSweepExample {public static void main(String[] args) {Object[] array = new Object[10];for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = new Object();}// 执行标记清除算法sweep();}private static void sweep() {for (Object obj : array) {if (obj != null) {System.out.println("Marking " + obj);}}array = null; // 执行清除阶段System.gc(); // 提示JVM进行垃圾回收}
}

标记整理算法（Mark-Compact）

标记整理算法是对标记清除算法的改进，它在清除阶段将标记过的对象进行内存整理，避免内存碎片化。

优点：解决了内存碎片化问题。

缺点：由于需要整理内存，增加了GC的耗时。并且，当对象在堆中分布不均时，可能需要较大的空间进行内存整理。

以下是标记整理算法的Java代码示例：

public class MarkCompactExample {public static void main(String[] args) {Object[] array = new Object[10];for (int i = 0; i < array.length; i++) {array[i] = new Object();}// 执行标记整理算法compact();}private static void compact() {for (Object obj : array) {if (obj != null) {System.out.println("Marking " + obj);} else {System.out.println("Compact " + obj);}}array = null; // 执行整理阶段System.gc(); // 提示JVM进行垃圾回收}
}

复制算法（Copying）

复制算法将堆内存分为两个区域，一部分为使用区，另一部分为垃圾区。每次GC时，将正在使用的对象复制到垃圾区，然后将使用区的内存清空。

优点：可以充分利用堆内存空间，避免了内存整理的开销。并且，由于只有正在使用的对象需要复制，所以GC的耗时相对较短。

缺点：需要额外的内存空间来存放正在使用的对象，当堆内存中存活的对象较多时，可能会占用较大的空间。此外，由于需要复制对象，可能会对程序的性能产生影响。

GC Roots 定位算法

GC Roots 定位算法是垃圾回收中另一个重要的概念。在 JVM 中，一些对象可能被 GC 无法直接找到的引用所引用，这些对象被称为 GC Root。GC Roots 定位算法就是用来找到这些 GC Root 的。

一般来说，GC Roots 定位算法主要关注以下几个方面：

栈：线程的栈是 GC Root 的重要来源，栈中的对象可能会被其他对象引用。
JNI 引用：JNI（Java Native Interface）是 Java 平台的一种机制，允许 Java 代码与本地代码进行交互。在 JNI 代码中创建的对象可能会被 Java 对象引用，因此这些对象需要被标记为 GC Root。
CPU 寄存器：CPU 寄存器中的对象可能会被其他对象引用，因此需要将寄存器中的对象标记为 GC Root。
全局变量：全局变量是 Java 对象在 Java 代码中的一种常见引用方式，因此全局变量中的对象需要被标记为 GC Root。

总的来说，GC Roots 定位算法的目标是找到所有的 GC Root，以便于垃圾回收器能够正确地回收不再使用的对象。