GC垃圾回收的原理和涉及的几种算法

1 GC垃圾回收的原理

其实垃圾回收的原理很简单：就是判断出死亡的对象，然后清除死亡的，留下存活的即可。那么怎么判断对象已经死亡呢？常有的有以下两种：

1）引用计数法（Reference Counting）：在对象中添加一个引用计数器，每当一个地方引用它时，计数器就加1；当引用失效时，计数器就减1；当引用计数为0时就会被回收。但是它存在一个很大的问题就是循环引用：如下图，当实例化A时，A会持有实例B，B会持有C，C持有A。这样一来我们就会发现:如果需要回收A，除了释放初始实例化引用，还需要释放C的引用。但是由于ABC互相引用，所以就造成谁也无法释放。主流的垃圾回收都没有采用这种判断方法，因为需要额外的工作来解决它（感兴趣的童鞋可以看看智能指针）。

2）可达性分析算法（Reachability Analysis）：在JAVA虚拟机中就是通过可达性分析法来判定对象是否存活的。思路是通过“GC Roots”的对象（可以认为是确定固定存在的对象）作为起始点，然后从这些节点开始遍历所有引用链，如果某个对象没有GC Roots直接或间接的连接的话，这个对象（白色节点）就被认为程序中不再使用可以被回收了。如下图：

2 垃圾回收的几种算法

标记清除：其分为“标记”和“清除”两个阶段。首先标记出所有死亡的对象，然后把所有死亡的的对象进行清除操作。如下图，我们可以清楚的看到，这种回收算法有一个很大的问题：造成很多的不连续内存碎片，这样一来，如果需要创建稍微大一点的对象，就很可能无法找到足够大的内存空间。这就需要整个再进行一次标记整理来解决这一问题（耗时耗力）。

标记整理：算法分为”标记-整理-清除“阶段，首先需要先标记出存活的对象，然后把他们整理到一边，最后把存活边界外的内存空间都清除一遍。这个算法的好处就是不会产生内存碎片，但是由于整理阶段移动了对象，所以需要更新对象的引用。

标记复制：算法分标记-复制两个阶段。首先会标记存活的对象，完成后，该算法会把存活的对象都复制到一块新的空内存里去。最后将原来的内存空间清空。过程如下图，这个算法最大的问题就是需要很大的内存（实际用的，用于复制的内存空间），同时如果存活的对象非常多的话，标记和复制阶段都就会很慢。同时也涉及到了对象位置改变需要更新引用。尽管看起来问题很大，但是根据分代理论：弱分代假说里大多数对象生命周期短，这种情况下标记复制就很适合了（复制的存活对象少）。至于内存消耗太大的问题，java虚拟机通过将新生代分为一个Eden区与2个Survivo区，其中一个Survivo区用来复制，这样一来极大得提高了内存空间利用率。

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