介紹

程式在執行過程中，會產生大量的記憶體垃圾（一些沒有引用指向的記憶體物件都屬於記憶體垃圾，因為這些物件已經無法訪問，程式用不了它們了，對程式而言它們已經死亡），為了確保程式執行時的效能，java虛擬機器在程式執行的過程中不斷地進行自動的垃圾回收（GC）。關於 JVM 的 GC 演算法主要有下面四種：

引用計數演算法（Reference counting）

演算法思想：

每個物件在建立的時候，就給這個物件繫結一個計數器。每當有一個引用指向該物件時，計數器加一；每當有一個指向它的引用被刪除時，計數器減一。這樣，當沒有引用指向該物件時，該物件死亡，計數器為0，這時就應該對這個物件進行垃圾回收操作。

核心思想：

為每個物件額外儲存一個計數器 RC ，根據 RC 的值來判斷物件是否死亡，從而判斷是否執行 GC 操作。

優點：

• 簡單
• 計算代價分散
• “幽靈時間”短（幽靈時間指物件死亡到回收的這段時間，處於幽靈狀態）

缺點：

• 不全面（容易漏掉迴圈引用的物件）
• 併發支援較弱
• 佔用額外記憶體空間

例子如圖：

初始狀態：

改變引用後：

標記–清除演算法（Mark-Sweep）

演算法思想：

為每個物件儲存一個標記位，記錄物件的狀態（活著或是死亡）。分為兩個階段，一個是標記階段，這個階段內，為每個物件更新標記位，檢查物件是否死亡；第二個階段是清除階段，該階段對死亡的物件進行清除，執行 GC

優點

• 最大的優點是，相比於引用計數法，標記—清除演算法中每個活著的物件的引用只需要找到一個即可，找到一個就可以判斷它為活的。

• 此外，這個演算法相比於引用計數法更全面，在指標操作上也沒有太多的花銷。更重要的是，這個演算法並不移動物件的位置（後面倆演算法涉及到移動位置的問題）。

缺點

• 很長的幽靈時間，判斷物件已經死亡，消耗了很多時間，這樣從物件死亡到物件被回收之間的時間過長。

• 每個活著的物件都要在標記階段遍歷一遍；所有物件都要在清除階段掃描一遍，因此演算法複雜度較高。

• 沒有移動物件，導致可能出現很多碎片空間無法利用的情況。

例子如圖

這個圖中，圓圈內灰色的物件就是已經死亡的物件，被標記為死亡，等待清除。

標記–整理演算法

演算法思想

標記-整理法是標記-清除法的一個改進版。同樣，在標記階段，該演算法也將所有物件標記為存活和死亡兩種狀態；不同的是，在第二個階段，該演算法並沒有直接對死亡的物件進行清理，而是將所有存活的物件整理一下，放到另一處空間，然後把剩下的所有物件全部清除。這樣就達到了標記-整理的目的。

優點

• 該演算法不會像標記-清除演算法那樣產生大量的碎片空間。

缺點

• 如果存活的物件過多，整理階段將會執行較多複製操作，導致演算法效率降低。

例子

如圖：

上面是標記階段，下面是整理之後的狀態。可以看到，該演算法不會產生大量碎片記憶體空間。

複製演算法

演算法思想

該演算法將記憶體平均分成兩部分，然後每次只使用其中的一部分，當這部分記憶體滿的時候，將記憶體中所有存活的物件複製到另一個記憶體中，然後將之前的記憶體清空，只使用這部分記憶體，迴圈下去。

注意：
這個演算法與標記-整理演算法的區別在於，該演算法不是在同一個區域複製，而是將所有存活的物件複製到另一個區域內。

優點

• 實現簡單
• 不產生記憶體碎片

缺點

• 每次執行，總有一半記憶體是空的，導致可使用的記憶體空間只有原來的一半。

總結

不同演算法有不同的優點和缺點，除了引用計數法不常用外，其他三種演算法在現在的java虛擬機器上也是很常見的，間接說明了這幾個經典演算法還是有其適用性的。

理解 JVM 的 GC 演算法能夠幫助我們更好地理解java的垃圾回收機制，例如，在 JVM 的年輕代使用的是複製演算法來進行垃圾回收（由於其中的存活物件比例較小）；而在老年代，使用的卻是標記-清除法或標記-整理法（由於每次回收都只回收少量物件）