垃圾回收（GC）是JVM的一大殺器，它使程式設計師可以更高效地專注於程式的開發設計，而不用過多地考慮物件的建立銷燬等操作。但是這並不是說程式設計師不需要了解GC。GC只是Java程式設計中一項自動化工具，任何一個工具都有它適用的範圍，當超出它的範圍的時候，可能它將不是那麼自動，而是需要人工去了解與適應地適用。

擁有一定工作年限的程式設計師，在工作期間肯定會經常碰到像記憶體溢位、記憶體洩露、高併發的場景。這時候在應對這些問題或場景時，如果對GC不瞭解，很可能會成為個人的發展瓶頸。

接下來的兩文將詳細學習下JVM中垃圾回收（GC）的各個知識要點。本文先從GC的演算法開始先了解，鋪墊好基礎，下一篇再詳細講JVM具體的GC實現。

GC物件搜尋演算法

垃圾回收，第一件事就是要搞清楚哪些東西是垃圾，而後才能對這些垃圾進行回收。

那麼有什麼辦法識別物件是否為無用的垃圾呢？狹義地，怎麼判斷物件是否沒被引用呢？

通常有以下兩種演算法去識別判斷

• 引用計數演算法
  這個演算法非常簡單。給物件一個計數器，每當這個物件被引用了，計數器值加一；引用失效，則減一。但這個物件計數值為0的時候，證明是無用物件，可以被GC程式回收掉。這種演算法比較廣泛應用在一些指令碼語言上，如FLASH、PYTHON等。 但是引用計數演算法無法解決物件間相互引用的問題。當a物件引用了b物件，b物件也引用了a物件，這樣a、b兩個物件的計數器值都不會為0，即使這兩個物件都被其他物件所引用，最終導致這些物件一直無法被回收。這種情況往往會出現在比較複雜的程式語言中。

  

• 可達性分析演算法
  可達性分析演算法（GC roots演算法），廣泛應用於主流的商用語言。設定一個根節點，從圖論角度來看，只要從該節點可達一個物件，證明這個物件是存活的（被引用）。

  

通常地，GC會包含以下區域的物件：

• 虛擬機器棧（棧幀中的本地變數表）中引用的物件；
• 方法區中類靜態屬性引用的物件；
• 方法區中常量引用的物件；
• 本地方法棧中JNI（即一般說的Native方法）引用的物件；

垃圾回收演算法

瞭解完垃圾是怎麼找出來後，接下來看看它們是怎麼被清除的。以下介紹幾種清除的演算法。

標記-清除演算法（Mark-Sweep）

標記-清除，顧名思義，先標記垃圾，再清除。它是GC最基礎的演算法，後續很多演算法都是基於它上面去改進的。
標記的過程在上面搜尋GC物件已經介紹過了。被標記的物件，在統一GC的時候會把標記的物件清除掉。這個演算法比較簡單，不做過多贅述。

這個演算法有一個很明顯的缺點，就是在垃圾回收後會產生大量不連續的碎片空間，導致程式要申請較大的物件時常無法找到合適的記憶體空間，迫使再次GC。

複製演算法

複製演算法的存在，正是為了解決記憶體碎片問題。並且這個演算法也是分代演算法的基礎。

將記憶體分為大小相等的兩塊，每次程式只使用其中一塊，當GC發生的時候，把存活的物件複製到另外一塊記憶體中，整齊的排列，然後清空原來的那塊記憶體。

可以看到，這種演算法有點新生代轉移到老年代的感覺。

缺點：

1. 把記憶體可使用的空間減少了一半，造成空間的浪費。
2. 物件存活數量較多的時候，複製效能比較差

這種缺點，在老年代中，物件存活率比較高的場景下是非常場景間。

標記-整理演算法（Mark-Compact）

針對複製演算法的兩個缺點，在老年代一般會用這種標記-整理演算法。

把存活的物件移到記憶體的一段，然後把剩餘的空間全部清空掉。

分代收集演算法

分代演算法並不是一個特定的演算法，也沒有什麼新的內容。而是把記憶體分成多個區域，一般為新生代、老年代等。然後根據不同區域不同的特點，用不同回收演算法去回收垃圾。

例如新生代，物件存活率低，比較適用複製演算法。老年代存活率高，比較適用Mark-Compact演算法。

目前幾乎所有的商業虛擬機器都是採用分代收集的。具體不同的收集器在下一文再詳細說明。

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