一屋不扫，何以扫天下！详解Java的垃圾回收算法

目录

一、标记清除算法

二、复制算法

三、标记整理算法

四、分代收集算法

Java的垃圾回收算法是一种自动内存管理机制，它通过定期检查不再使用的对象并将其清除来释放内存空间。Java垃圾回收器实现了多种不同的垃圾回收算法，包括标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法等等。

其中，标记-清除算法是最基本的垃圾收集算法，它标记出所有存活的对象，然后删除未被标记的对象。复制算法将可用内存分为两部分，每次只使用其中一部分，在垃圾回收时将正在使用的对象复制到另一部分中，然后清除原来的部分。标记-整理算法则类似于标记-清除算法，但它不是简单地删除未被标记的对象，而是将存活的对象移到堆的一端，然后清除堆尾部分的对象。这些算法都可以有效地管理Java程序的内存，并避免了手动内存管理所带来的问题。

Java的垃圾回收算法主要有以下几种：

1. 标记-清除算法：首先标记所有需要回收的对象，然后统一回收所有被标记的对象。

2. 复制算法：将可用内存分为两个区域，每次只使用其中一个区域。当该区域用完后，将还存活着的对象复制到另一个区域中，再将原来的区域全部清空。

3. 标记-整理算法：标记出所有需要回收的对象，然后将所有存活的对象向一端移动，最后将端边界之外的内存全部回收。

4. 分代算法：根据对象的生命周期将内存划分为不同的区域，然后对不同的区域采用不同的回收策略。通常将新生的对象放入年轻代，年轻代采用复制算法；将存活时间较长的对象放入老年代，老年代采用标记-整理算法。

以上是Java常用的垃圾回收算法，不同的算法会影响到程序的性能和内存利用效率，所以在开发过程中需要根据具体情况选择适合的算法。

一、标记清除算法

在Java中，垃圾收集器的一种常见算法是标记清除算法（Mark and Sweep）。该算法的核心思想是，首先标记出所有仍然在使用中的对象，在标记完成后，再清除掉未被标记的对象。

在执行标记阶段时，垃圾收集器会从根节点开始遍历对象图，将所有可达的对象进行标记。这些根节点可以是程序中的静态变量、本地方法栈中的引用等。

在标记完成后，垃圾收集器会扫描整个堆内存，将未被标记的对象进行回收。由于标记和清除过程需要暂停应用程序的执行，因此在实现中通常使用了并发标记清除算法来减少暂停时间。

尽管标记清除算法相对简单，但它也存在一些缺点。其中一个主要问题是，清除操作之后会产生大量的不连续空间，这可能导致堆碎片严重，影响程序性能。此外，由于该算法无法处理循环引用的情况，因此在处理包含循环引用的数据结构时，需要使用其他垃圾回收算法来处理这种情况。

二、复制算法

复制算法是Java垃圾收集器的一种常用算法。它将可用内存空间划分为两个相等的部分，每次只使用其中的一个部分来进行内存分配，当这个部分中的对象存储满了之后，便触发一次垃圾回收操作。

垃圾回收器首先会对正在使用中的对象进行标记，然后将这些存活的对象复制到另外一个未被使用的空间中，并按照原有的顺序排列，最后清理掉已经不再使用的对象所占据的空间。

由于复制算法对堆空间的利用率较低，因此在大型应用程序中可能会导致频繁的内存分配和复制操作。为了解决这个问题，Java虚拟机还引入了许多其他的垃圾回收算法，例如标记-清除算法、标记-整理算法和分代垃圾回收算法等。

尽管如此，复制算法仍然被广泛地应用于一些小型应用程序和移动设备上，因为它具有快速、简单、高效的特点，可以有效地管理内存空间，避免了内存泄露和溢出等问题。

三、标记整理算法

Java的标记整理算法是一种垃圾回收算法，它主要用于管理Java程序的堆内存。在执行过程中，标记整理算法首先会标记出所有活动的对象，然后将这些对象移到堆的一端，最后清除未被标记的对象。

这个算法分为两个阶段:

1. 标记阶段：遍历所有的对象，标记所有可以从根节点到达的对象，而其他对象则被认定为垃圾。

2. 整理阶段：将所有被标记的对象移动到堆的一端并紧凑排列，以便于进一步分配和使用该部分空间。同时，清除未被标记的对象，释放其所占用的空间。

相较于其他垃圾回收算法，标记整理算法的效率更高，因为它避免了碎片化问题，并且在清理完未被标记的对象之后，空闲块会连续排列在一起，使得下一次内存申请可以得到连续的内存块，提高了内存分配效率。

总之，Java的标记整理算法是一种高效的垃圾回收算法，能够自动管理Java程序的堆内存，将不再使用的内存空间释放出来，避免内存泄漏和碎片化问题，提高了内存利用率和程序性能。

四、分代收集算法

Java的分代收集算法是一种将内存划分为不同区域，然后对每个区域采用不同回收策略的垃圾回收算法。它基于一个重要的假设：大部分对象的生命周期都比较短暂，即新创建的对象很快就变得不可达。

在分代收集算法中，通常将内存分为年轻代和老年代两个区域：

1. 年轻代：包含了大部分新创建的对象，这些对象的生命周期比较短暂。年轻代又被划分为Eden空间、Survivor0空间和Survivor1空间三个区域。

2. 老年代：包含了那些已经存活了一段时间的对象，这些对象的生命周期比较长久。

因为大部分对象的生命周期很短，所以年轻代使用复制算法进行垃圾回收，即将所有存活的对象复制到Survivor1空间中，然后将Eden空间和Survivor0空间全部清空。在这个过程中，可能会发现一些年龄较大或者大小超过Survivor1空间的对象，这些对象将被移到老年代中。

年龄达到一定阈值的对象也会被移到老年代中，老年代采用标记-整理算法进行垃圾回收，即标记出所有需要回收的对象，然后将所有存活的对象向一端移动，最后将端边界之外的内存全部回收。老年代的回收相对于年轻代来说比较慢，但是老年代的对象生命周期比较长，所以需要更加谨慎地选择回收策略。

总之，Java的分代收集算法能够有效地提高垃圾回收的效率和性能，特别是在处理大量短命对象或者长时间存活的对象时，它比其他算法更具优势。