常用的垃圾回收算法和垃圾回收器

一、前言

​ 相对于c/c++，java、python等高级语言引进了Garbage Collector（GC）垃圾回收器，能实现内存垃圾的自动回收，虽然牺牲了一定的运行效率，但大大地提高了开发效率，那么问题来了，常用的GC都有哪些？常用的GC算法都有哪些？GC是如何定义和定位垃圾的呢？

二、What is Garbage

​ 在谈论垃圾回收算法和垃圾回收器之前，我们得先了解一下垃圾的基本概念。

（1）Garbage的定义

​ 在高级语言中通常将没有引用指向的内存定义为垃圾。

（2）Garbage的定位

​ 在python中，采用的是垃圾定位算法是reference count引用计数法，即记录每块内存被引用指向的数量，当指向某块内存的数量为0时，就把这块内存定义为垃圾，被GC自动释放（这让我想起了拓扑排序0.0），但这种算法有一个弊端，其无法解决“闭环”的情况，即多块内存相互引用形成闭环，与其他内存块无依赖。

​ 而在java中，则使用Root Searching根可达算法来定位垃圾，从程序的根（如main方法）开始，若无法抵达某块内存，就把该块内存判作垃圾，由GC进行释放，该算法很好的解决了”内存闭环“问题。

三、GC Algorithms

（1）Mark-Sweep

​ 标记清除法，将某块内存标记为垃圾，然后清除。算法的缺点，会产生碎片空间。

（2）Copying

​ 拷贝法，将内存区分两半，每次运行时在一半中找出所有存活对象，然后整体性的复制到另外半边，同时排列好，然后把原来半边整体回收。算法的缺点是浪费内存。

（3）Mark-Compact

​ 标记压缩法，将标记为垃圾的内存回收，并且排列好。缺点是效率相对较低。

四、Garbage Collector

​ 三种GC算法都有自己的缺点和优点，三种的综合运用，诞生了各种各样的垃圾回收器。

（1）Serial（单线程STW垃圾回收，处理<100MB）

​ New：A stop-the-world（STW），copying collector which uses a single GC thread.
​ Old：A stop-the-world（STW），mark-sweep-compact collector that uses a single GC thread.

​ 即当Serial工作时，内存中所有的业务线程都停止，等Serial清扫完后继续。

（2）Parallel（并行多线程PS+PO，处理<1G）

​ Parallel Scavenge：A stop-the-world（STW），copying collector which uses multiple GC threads.

​ Parallel Old：A stop-the-world（STW），mark-sweep-compact collector that uses multiple GC threads.

​ 与Serial的区别在于多个GC并行处理。

（3）Concurrent GC（处理几十G）

​ 从线程角度理解Concurrent GC，即GC和业务线程能同时运行。

​ ParNew：A stop-the-world（STW），copying collector which uses multiple GC threads.
​ It differs from “Parallel Scavenge” in that it has enhancements that make it useable with CMS
​
​ CMS：垃圾回收历史的重要节点！

五、java的垃圾回收机制

​ 如果要将一整块内存用统一的一种算法解决，其实是比较困难的，所以在jdk中，将内存划分为两个“年代”，new（新生代）和old（老年代），综合运用不同的垃圾回收器来管理内存空间。

​ 一个内存块在诞生时会被优先划分到新生代的eden区，在新生代区使用的GC算法是Copying算法，其中一次年轻代的清扫被称为YGC，其中90%的垃圾都会被回收，所以划分两个Copying区域没必要按照1:1的比例，其采用8:1:1的比例，清扫不掉的垃圾会被划分到survivor区。

​ 若某个垃圾很顽固，经历了多次清扫仍然存活，就会被划分到old老年区，因为老年区中的都是顽固垃圾，没必要再去一遍遍清扫，等到内存装不下了再用Mark Compact算法进行回收。