常见的垃圾收集算法有哪些

## 1 引用计数法

### 2.1 原理

1. 这种算法会在每一个对象上记录这个对象被引用的次数，只要有任何一个对象引用了该对象，这个对象的计数器就加 1，取消对这个对象的引用时，这个对象的计数器就减 1。
2. 任何一个时刻，如果该对象的计数器为 0，那么这个对象就是可以回收的。

### 2.2 缺点

1. 如果出现了对象之间的相互引用，这样单纯的引用计数就会出现问题，导致循环引用的对象没办法回收，这时就会出现**内存泄漏**，该释放的没释放，该回收的没回收。
2. 如果依赖关系复杂，计算机的内存资源很可能用满，或者说不够用，这样就可能会导致**内存溢出**。
3. 由于以上原因，在**JVM 中没有使用引用计数法**。

## 2 JVM 常用 GC 算法

各种垃圾收集器的实现细节虽然不尽相同，但总体而言，垃圾收集器都专注于两件事情：

1. 查找所有存活对象。
2. 抛弃其他部分，即死对象，不再使用的对象。

### 2.1 标记可达对象（Marking Reacable Objects）

现代 JVM 中所有的 GC 算法，第一步都是找出所有存活的对象，如下图所示：

![e575a130-322d-11ea-9111-a36492d50563 (2054×1134)](/media/202105//1621914623.3531394.png)

1. 首先，有一些特定的对象被指定为**GC 根元素**（Garbage Collection Roots），包括：
   1. 当前正在执行的方法里的局部变量和输入参数。
   2. 活动线程。
   3. 内存中所有类的静态字段。
   4. JNI 引用。
2. 其次，GC 遍历内存中整体的对象关系图，从 GC 根元素开始扫描，到直接引用，以及其他对象（通过对象的属性域），所有 GC 访问到的对象都被**标记为存活对象**。
   1. 存活对象在上图中用蓝色表示，标记阶段完成后，所有存活对象都被标记了。
   2. 而其他对象（上图中灰色部分）就是根元素不可达的，也就是程序不能再使用这些不可达的对象，这样的对象被认为是垃圾，GC 会在接下来的阶段清除他们。
3. 在标记阶段有几个需要注意的地方：
   1. 标记阶段需要暂停所有的应用线程，以遍历所有对象的引用关系，因为不暂停就没法跟踪一直在变化的引用关系图，这种情景叫做**全线停顿**（Stop The World Pause），而可以安全暂停线程的点叫做**安全点**，然后，JVM 就可以专心执行清理工作了，**安全点可能由多种因素触发，GC 是触发安全点最常见的原因**。
   2. **暂停的时间与堆内存大小、对象的总数没有直接关系，而是由存活对象的数量来决定，所以增加堆内存的大小并不会直接影响标记阶段占用的时间。**

### 2.2 清除（Sweeping）

**标记**阶段完成后，GC 进行下一步操作，**删除不可达对象**。

各种 GC 算法在删除不可达对象时略有不同，但总体可分为三类：**清除**（Sweeping）、**整理**（Compacting）和**复制**（Copying）。

#### 2.3.1 标记-清除算法（Mark and Speep）

算法的概念非常简单：**直接忽略所有的垃圾**。也就是说在标记阶段完成后，所有不可达对象占用的内存空间都被认为是空闲的，因此可以用来分配新对象。

该算法的缺点如下：

1. 这种算法需要使用**空闲列表**（Free List）来记录所有的空闲区域，以及每个区域的大小，维护空闲表增加了对象分配时的开销。
2. 命名有很多空闲内存，却可能没有一个区域的大小能够存放需要分配的对象，从而导致分配失败（在 Java 中就是 `OutOfMemoryError`）。

![f84e7570-322d-11ea-b6b0-159b6a0308ab (1666×608)](/media/202105//1621914623.380117.png)

### 2.3 整理（Compacting）

#### 2.3.1 标记-清除-整理算法（Mark-Sweep-Compact）

算法的原理是**将所有被标记的对象（存活对象）迁移到内存空间的起始处，这消除了标记-清除算法的缺点**。

该算法的优缺点如下：

* **优点：**
  1. 碎片整理之后，分配新对象就很简单，只需要通过**指针碰撞**（Pointer Bumping）即可。
  2. 使用这种算法，内存空间剩余的容量一直是清楚的，**不会再导致内存碎片问题**。
* **缺点：**
  1. **GC 暂停时间会增加**，因此需要将所有对象复制到另一个地方，然后修改这些对象的引用。

![034a8040-322e-11ea-a161-cb02df1dc5e6 (1626×644)](/media/202105//1621914623.4386532.png)

### 2.4 复制（Copying）

#### 2.4.1 标记-复制算法（Mark and Copy）

**标记-复制算法**和**标记-整理算法**十分相似。

* 相同点：**两者都会移动所有存活的对象。**
* 区别：**标记-复制算法是将内存移动到另外一个空间：存活区，标记-清除算法只是认为所有不可达对象的空间都是空闲的，可以用来分配新对象。**

标记-复制算法的优缺点如下：

* **优点：标记和复制可以同时进行。**
* **缺点：需要一个额外的内存空间，来存放所有的存活对象。**

![1033dc20-322e-11ea-b373-e57ecc18caf9 (1604×560)](/media/202105//1621914623.4439304.png)