分代收集理论

3个假说

  • 弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕灭的。（设计了年轻代）
  • 强分代假说：熬过越多次垃圾收集过程的对象就越难以消亡。（设计了老年代）
  • 跨代引用假说：跨代引用相对于同代引用仅占极少数。（实际Java应用中，可能会存在年轻代的对象跨代引用了老年代的对象）（设计了记忆集，在新生代上建立全局的记忆集，把老年代划分为若干个小块，标识出老年代的哪一块内存会存在跨代引用，此后在Minor GC时，只有包含了跨代引用的小块内存里的对象才会被加入到GC Roots进行扫描）

分代实现

HotSpot虚拟机中，根据对象存活周期的不同，将内存划分为几块。一般是将Java堆分为新生代和老年代，比例为2:1；新生代又细分为Eden区、From Survivor区和To Survivor区，比例为8:1:1。不同的代采用不同的回收算法：

  • 新生代：复制算法
  • 老年代：标记-清除算法，或者标记-整理算法

定义一些关于GC的名词

  1. 部分收集（Partial GC）: 不是完整收集Java堆的收集。
    • 新生代收集（Minor GC/Young GC）：只是新生代的收集。
    • 老年代收集（Major GC/Old GC）：只是老年代的收集。目前只有CMS收集器会有单独收集老年代的行为。
    • 混合收集（Mixed GC）：收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。目前只有G1收集器会有这种行为。
  2. 整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆和方法区的垃圾收集。

垃圾收集算法

知道了如何判定无用的对象、废弃常量和无用的类后，接下来就是将这些无用的对象给回收掉。 如下是常用的3种垃圾收集算法。

标记-清除

该算法分为标记和清除两个阶段。

  • 标记：遍历所有的 GC Roots，然后将所有 GC Roots 可达的对象标记为存活的对象。
  • 清除：遍历堆中所有的对象，将没有标记的对象清除掉。同时清除对象上的标记，以便下一次垃圾回收。

这种方法有2个不足：

  1. 效率问题：标记和清除2个过程效率都不高
  2. 空间问题：回收后内存会有大量碎片；碎片太多可能导致以后需要分配大对象时，无法找到足够连续的内存不得不提前触发另一次垃圾回收动作。

复制（新生代）

为了解决效率问题，复制算法出现了。它将可用内存按容量划分为大小相同的两块，每次只使用其中的一块。当这一块内存用完，需要进行垃圾收集时，就将存活的对象复制到另一块上，然后清除掉这一块内存。 这种算法有优有劣：

  • 优势：不会产生碎片。
  • 劣势：内存缩小为原来的一般，浪费空间。

为了解决空间利用率问题，可以将内存分为3块：Eden、From Survivor、To Survivor，比例是8:1:1，每次使用Eden和其中一块Survivor。回收时，将Eden和Survivor中存活的对象一次性复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才使用的Survivor空间。这样只有10%的内存被浪费。

但是无法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不足时，需要依赖其他内存（老年代）进行分配担保。

分配担保是指如果另一块Survivor空间没有足够空间存放上一次新生代收集下来的存活对象时（超过10%），这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代。

标记-整理（老年代）

该算法分为标记和整理两个阶段。

  • 标记：遍历所有的 GC Roots，然后将所有 GC Roots 可达的对象标记为存活的对象。（和标记-清除的标记阶段一样）
  • 整理：移动所有存活的对象，按着内存地址次序依次排列，然后将末端地址以后的全部内存回收。

这是一种老年代的收集算法，老年代的对象存活时间比较长。

参考资料