摘要：復制這一工作所花費的時間，在對象存活率達到一定程度時，將會變的不可忽視。針對老年代老年代的特點是區(qū)域較大，對像存活率高。這種情況，存在大量存活率高的對像，復制算法明顯變得不合適。

GC(Garbage Collection)即Java垃圾回收機制，是Java與C++的主要區(qū)別之一，作為Java開發(fā)者，一般不需要專門編寫內(nèi)存回收和垃圾清理代碼，對內(nèi)存泄露和溢出的問題，也不需要像C++程序員那樣戰(zhàn)戰(zhàn)兢兢，就是因為Java有這個方便的機制。

為了對GC有一個直觀的認識，先來一張圖：

對圖中各種名詞不熟悉的話，請參照我的上一篇文章：JVM小結(jié)

JVM在進行GC時，并非每次都對上面三個內(nèi)存區(qū)域一起回收的，大部分時候回收的都是指新生代。因此GC按照回收的區(qū)域又分了兩種類型，一種是普通GC（minor GC），一種是全局GC（major GC or Full GC）

普通GC（minor GC）：只針對新生代區(qū)域的GC。

全局GC（major GC or Full GC）：針對年老代的GC，偶爾伴隨對新生代的GC以及對永久代的GC。

年輕代中使用的是Minor GC，這種GC算法采用的是復制算法(Copying)。

此圖代表了堆的內(nèi)存結(jié)構(gòu)

HotSpot JVM把年輕代分為了三部分：1個Eden區(qū)和2個Survivor區(qū)（分別叫from和to）。默認比例為8:1:1,一般情況下，新創(chuàng)建的對象都會被分配到Eden區(qū)(一些大對象特殊處理),這些對象經(jīng)過第一次Minor GC后，如果仍然存活，將會被移到Survivor區(qū)。對象在Survivor區(qū)中每熬過一次Minor GC，年齡就會增加1歲，當它的年齡增加到一定程度時，就會被移動到年老代中。因為年輕代中的對象基本都是朝生夕死的(80%以上)，所以在年輕代的垃圾回收算法使用的是復制算法，復制算法的基本思想就是將內(nèi)存分為兩塊，每次只用其中一塊，當這一塊內(nèi)存用完，就將還活著的對象復制到另外一塊上面。復制算法不會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

在GC開始的時候，對象只會存在于Eden區(qū)和名為From的Survivor區(qū)，Survivor區(qū)To是空的。緊接著進行GC，Eden區(qū)中所有存活的對象都會被復制到To，而在From區(qū)中，仍存活的對象會根據(jù)他們的年齡值來決定去向。年齡達到一定值(年齡閾值，可以通過-XX:MaxTenuringThreshold來設置)的對象會被移動到年老代中，沒有達到閾值的對象會被復制到To區(qū)域。經(jīng)過這次GC后，Eden區(qū)和From區(qū)已經(jīng)被清空。這個時候，From和To會交換他們的角色，也就是新的To就是上次GC前的From，新的From就是上次GC前的To。不管怎樣，都會保證名為To的Survivor區(qū)域是空的。Minor GC會一直重復這樣的過程，直到To區(qū)被填滿，To區(qū)被填滿之后，會將所有對象移動到年老代中。

-XX:MaxTenuringThreshold  設置對象在新生代中存活的次數(shù)

因為Eden區(qū)對象一般存活率較低，一般的，使用兩塊10%的內(nèi)存作為空閑和活動區(qū)間，而另外80%的內(nèi)存，則是用來給新建對象分配內(nèi)存的。一旦發(fā)生GC，將10%的from活動區(qū)間與另外80%中存活的eden對象轉(zhuǎn)移到10%的to空閑區(qū)間，接下來，將之前90%的內(nèi)存全部釋放，以此類推。

劣勢：
復制算法彌補了標記/清除算法中，內(nèi)存布局混亂的缺點。不過與此同時，它的缺點也是相當明顯的：

它浪費了一半的內(nèi)存。

如果對象的存活率很高，我們可以極端一點，假設是100%存活，那么我們需要將所有對象都復制一遍，并將所有引用地址重置一遍。復制這一工作所花費的時間，在對象存活率達到一定程度時，將會變的不可忽視。 所以從以上描述不難看出，復制算法要想使用，最起碼對象的存活率要非常低才行，而且最重要的是，我們必須要克服50%內(nèi)存的浪費。

老年代一般是由標記清除或者是標記清除與標記整理的混合實現(xiàn)。

當堆中的有效內(nèi)存空間（available memory）被耗盡的時候，就會停止整個程序（也被稱為stop the world），然后進行兩項工作，第一項則是標記，第二項則是清除。

標記：從引用根節(jié)點開始標記所有被引用的對象。標記的過程其實就是遍歷所有的GC Roots，然后將所有GC Roots可達的對象 標記為存活的對象。

清除：遍歷整個堆，把未標記的對象清除。

通俗來講，就是當程序運行期間，若可以使用的內(nèi)存被耗盡的時候，GC線程就會被觸發(fā)并將程序暫停，隨后將依舊存活的對象標記一遍，最終再將堆中所有沒被標記的對象全部清除掉，接下來便讓程序恢復運行。

缺點：

效率比較低（遞歸與全堆對象遍歷），而且在進行GC的時候，需要停止應用程序，這會導致用戶體驗非常差。

這種方式清理出來的空閑內(nèi)存是不連續(xù)的，我們的死亡對象都是隨即的出現(xiàn)在內(nèi)存的各個角落的，把它們清除之后，內(nèi)存的布局自然會散亂。而為了應付這一點，JVM就不得不維持一個內(nèi)存的空閑列表，這又是一種開銷。而且在分配數(shù)組對象的時候，尋找連續(xù)的內(nèi)存空間會有難度。

老年代一般是由標記清除或者是標記清除與標記壓縮的混合實現(xiàn)。

在整理壓縮階段，不再對標記的對像做回收，而是通過所有存活對像都向一端移動，然后直接清除邊界以外的內(nèi)存。
可以看到，標記的存活對象將會被整理，按照內(nèi)存地址依次排列，而未被標記的內(nèi)存會被清理掉。如此一來，當我們需要給新對象分配內(nèi)存時，JVM只需要持有一個內(nèi)存的起始地址即可，這比維護一個空閑列表顯然少了許多開銷。
標記/整理算法不僅可以彌補標記/清除算法當中，內(nèi)存區(qū)域分散的缺點，也消除了復制算法當中，內(nèi)存減半的高額代價。

劣勢：標記/整理算法唯一的缺點就是效率也不高，不僅要標記所有存活對象，還要整理所有存活對象的引用地址。從效率上來說，標記/整理算法要低于復制算法。

這種算法最直接簡單，它維護了一個引用計數(shù)器，對象被引用一次計數(shù)器+1，少一次-1，如果計數(shù)器為0則對象就被視為垃圾進行回收。

注：JVM的實現(xiàn)一般不采用這種方式。

劣勢：

每次對對象賦值時均需維護計數(shù)器，且計數(shù)器本身有一定消耗。

較難處理循環(huán)引用。

內(nèi)存效率：復制算法>標記清除算法>標記整理算法（此處的效率只是簡單的對比時間復雜度，實際情況不一定如此）。
內(nèi)存整齊度：復制算法==標記整理算法>標記清除算法。
內(nèi)存利用率：標記整理算法==標記清除算法>復制算法。
可以看出，效率上來說，復制算法最快，但是卻浪費了太多內(nèi)存，而為了盡量兼顧上面所提到的三個指標，標記/整理算法相對來說更平滑一些，但效率上依然不盡如人意，它比復制算法多了一個標記的階段，又比標記/清除多了一個整理內(nèi)存的過程。

有沒有最好的算法呢？只能說：沒有最好的，只有最適合的——分代收集：

年輕代特點是區(qū)域相對老年代較小，對像存活率低。這種情況復制算法的回收整理，速度是最快的。復制算法的效率只和當前存活對像大小有關(guān)，因而很適用于年輕代的回收。而復制算法內(nèi)存利用率不高的問題，通過hotspot中的兩個survivor的設計得到緩解。

老年代的特點是區(qū)域較大，對像存活率高。
這種情況，存在大量存活率高的對像，復制算法明顯變得不合適。一般是由標記清除或者是標記清除與標記整理的混合實現(xiàn)。
Mark階段的開銷與存活對像的數(shù)量成正比，這點上說來，對于老年代，標記清除或者標記整理有一些不符，但可以通過多核/線程利用，對并發(fā)、并行的形式提標記效率。
Sweep階段的開銷與所管理區(qū)域的大小形正相關(guān)，但Sweep“就地處決”的特點，回收的過程沒有對像的移動。使其相對其它有對像移動步驟的回收算法，仍然是效率最好的。但是需要解決內(nèi)存碎片問題。
Compact階段的開銷與存活對像的數(shù)據(jù)成開比，如上一條所描述，對于大量對像的移動是很大開銷的，做為老年代的第一選擇并不合適。
基于上面的考慮，老年代一般是由標記清除或者是標記清除與標記整理的混合實現(xiàn)。以hotspot中的CMS回收器為例，CMS是基于Mark-Sweep實現(xiàn)的，對于對像的回收效率很高，而對于碎片問題，CMS采用基于Mark-Compact算法的Serial Old回收器做為補償措施：當內(nèi)存回收不佳（碎片導致的Concurrent Mode Failure時），將采用Serial Old執(zhí)行Full GC以達到對老年代內(nèi)存的整理。