四种垃圾回收算法（标记-清除算法【Mark-Sweep】,复制算法【Coping】，标记-整理算法【Mark-Compact】，分代收集算法【Generational Collection】）

四种垃圾回收算法

一、标记-清除（Mark-Sweep）算法

标记-清除算法是最基础的收集算法，如同它的名字一样，算法分为标记和清除两个阶段，首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象，标记过程其实就是通过引用计数算法或者根搜索算法来判断对象是否存活。之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法都是基于这种思路并对其不足进行改进而得到的。

它的主要不足有两个：一个是效率问题，标记和清除两个过程的效率都不高；另一个是空间问题，标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多可能会导致以后在程序运行过程中需要分配较大的对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。标记-清除算法的执行过程如下图所示。

 

二、复制（Coping）算法

为了解决效率问题，复制算法将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把这块已使用过的内存空间一次清理掉。这样使得每次都是对整个半区进行内存回收，内存分配时也就不用考虑内存碎片等复杂情况，只要移动堆顶指针，按顺序分配内存即可，实现简单，运行高效。只是这种算法的代价是将内存缩小为了原来的一半，未免太高了一点。复制算法的执行过程如下图所示。

三、标记-整理（Mark-Compact）算法

复制算法在对象存活率较高时就要进行较多的复制操作，效率将会降低。更关键的是，如果不想浪费50%的空间，就需要有额外的空间进行分配担保（例如，在HotSpot虚拟中，如果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，这些对象将直接通过分配担保机制进入老年代），以应对被使用的内存中所有对象都100%存活的极端情况，所以老年代一般不能直接选用复制收集算法。

根据老年代的特点，有人提出了另外一种“标记-整理”（Mark-Compact）算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。这种方法既避免了内存碎片的产生，又不会像复制算法那样浪费过多的内存空间。标记-整理算法示意图如下图所示。

四、分代收集（Generational Collection）算法

当前商业虚拟机的垃圾收集都采用“分代收集”（Generational Collection）算法，这种算法并没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最适当的收集算法。在新生代中，每次垃圾收集时都发现有大批对象死去，只有少量存活，那就选用复制算法，只需要付出少量存活对象的复制成本就可以完成收集。而老年代中因为对象存活率高、 没有额外空间对它进行分配担保，就必须使用“标记—清理”或者“标记—整理”算法来进行回收。

参考：https://xw.qq.com/cmsid/20210710A0222400