Java垃圾回收算法的简易模拟实现.zip

# GCAlgorithms ## 目录 [1.Mark_Sweep: GC标记-清除法](#1mark_sweepgc标记-清除法)   - 标记阶段具体过程 - 清除阶段具体过程 - 分配 - 合并 - 优点 - 缺点 [2.GCCopying: GC复制算法](#2gccopying-gc复制算法)    - 复制算法具体过程  - 优点 - 缺点 [3.Mark_Compact:GC标记-压缩算法](#3mark_compactgc标记-压缩算法) - 标记阶段 - 压缩节点 - 优点 - 缺点 [4.GenerationGC:分代垃圾回收](#4generationgc分代垃圾回收)    - 年龄 - 新生代对象与老年代对象 - 堆的分配 - 记录集 - 分配 - 新生代GC - 老年代GC - 优点 - 缺点 ### 1.Mark_Sweep:GC标记-清除法 GC 标记 - 清除算法由标记阶段和清除阶段构成。标记阶段是把所有活动对象都做上标记的阶段。清除阶段是把那些没有标记的对象，也就是非活动对象回收的阶段。通过这两个阶段，就可以令不能利用的内存空间重新得到利用。 #### 标记阶段具体过程： 首先标记根直接引用的对象，然后递归标记通过指针数组能访问到的对象。为了避免重复标记，会在标记的对象obj头部进行一个标志位设置，通过obj.mark可以访问。如果obj.mark为真，则对象已经被标记过；如果obj.mark为假，则对象没有被标记。标记完所有活动对象，标记阶段就结束了。标记阶段所花费的时间 与活动对象的大小成正比。总结一下，标记阶段就是“遍历并标记”的过程。 #### 清除阶段具体过程： 清除阶段，我们使用一个叫sweeping的对象遍历堆，具体就是从堆的首地址开始，按顺序遍历对象的标志位，也就是我们前面在对象头设置的标志位mark。如果遍历到的对象mark为真，说明是活动对象，不进行回收，但我们会将对象的mark置为false，以便下一次的垃圾回收。为了将非活动对象进行回收，回收就是将对象进行分块，我们使用一个“空闲链表”将这些分块进行连接，之后分配对象只要遍历这个链表就可以找到分块。 那原来的非活动对象怎么处理呢？ 在有新对象写入时就将原来的非活动对象进行覆盖了，因为是非活动对象，重写它的域也是没关系的。   #### 分配 分配就是指将垃圾回收再利用。在清除阶段，已经将垃圾对象连接到了空闲链表，搜索空闲链表并寻找大小合适的分块，这个过程就叫分配。 寻找分块又分为First-fit，Best-fit，Worst-fit。 First-fit就是遍历空闲链表找到第一个大于或等于要分配对象大小的分块，如果分块大小正好相当，返回这个分块；如果大于分块大小，将分割成和要分配对象大小的分块和剩下大小的分块，返回大小相等的分块，将剩余大小分块返回空闲链表。 Best-fit就是在空闲链表寻找大小最合适的分块，这意味着要遍历完整个空闲链表。 Worst-fit就是在空闲链表寻找最大的分块，同样要遍历完整个空闲链表。这个方法主要是想将分块切割后的大小最大化，但实际上会生成大量小的分块，不推荐。 综上，当使用单纯的空闲链表时，考虑分配所需的时间，使用First-fit最佳。 #### 合并 从上面可知，分配会产生大量小分块。但如果这些分块是连续的，可以将它们合并起来，变成大的分块。这个“连接连续分块”的过程就是合并。合并过程在清除阶段完成。 #### 优点 1. 实现简单。因为实现简单，所以与其他GC算法结合也相对容易。 2. 与保守式GC算法兼容。在保守式GC算法中，对象是不能移动的，因此保守式GC算法与其他移动对象的算法不兼容（如复制算法、标记-压缩算法），因为标记-清除算法并不会移动对象，所以与保守式GC算法兼容。 #### 缺点 1. 碎片化。由于分配的过程会产生大量小的分块，不久后就会导致无数小的分块散落在堆的各个地方。 2. 分配速度。因为分块是不连续的，每次都需要遍历链表，使用First-fit的话，最坏的情况是每次分配的过程都要遍历到最后一个分块。 3. 与写时复制技术不兼容。在Linux中使用fork()时，大部分内存空间都不会被复制，写时复制技术假装复制了内存空间，实际上是将内存共享。在对共享内存写入时，不能直接重写共享内存。因为其他程序访问时，就会发生数据不一致的情况。重写时，要先复制自己的私有空间，然后重写这个私有空间。复制后只访问这个私有空间，不访问共享内存。而标记-清除算法要重写共享内存，即使没有重写，也会设置标志位，导致频繁的复制。 *** ### 2.GCCopying: GC复制算法 GC复制算法就是把某个空间里的活动对象复制到另一个空间里，将原空间的对象全部回收。进行复制对象的原空间叫做From空间，复制到的新空间称为To空间。当复制完成后，会将From空间和To空间互换，GC也就结束了。From空间和To空间的大小必须一致，这样才能保证对象的复制有足够空间。 #### 复制算法具体过程：   首先在To空间设置一个free指针，作为复制的起点。之后从根开始搜索，将搜索到的对象进行复制，递归复制其子对象。复制的过程中，检查对象的复制标志位copied，查看是否被复制过，如果copied为true，说明被复制过了，返回新空间对象的地址，这个地址在forwarding指针里；如果copied为false，说明没有被复制过，复制这个对象，然后将copied置为true，返回执行新空间对象的forwarding指针。使用标志位copied还有一个好处，就是如果有多个对象指向同一个对象，那么这个对象只会被复制一次。这里注意一下复制的顺序，是从根的直接引用对象开始复制，然后每复制一个直接引用对象，就将它的子对象进行复制。这样做的好处是有引用关系的对象物理位置相近。     不同于标记-清除算法，复制算法的分配过程比较简单。不需要遍历空闲链表，只需要从free指针开始，申请同样大小的内存空间，也不会造成碎片化。分配完成后，将free指针往后移动申请的内存大小。 #### 优点 1. 优秀的吞吐量。与标记-清除算法相比，复制算法只需要寻找活动对象和复制对象的时间，没有遍历空闲链表的时间，能在较短的时间内完成GC，吞吐量很高。 2. 可实现高速分配。因为分块一个连续的内存空间，只要这个分块大小不小于申请的空间大小，就可以直接分配，然后移动free指针，不需要把时间花在遍历链表上。 3. 不会碎片化。每次复制对象都将对象放在前一个对象后，没有碎片空间，这种行为也叫做**压缩**。 4. 与缓存兼容。复制后，有引用关系的对象相距较近，而大多数CPU都可以通过缓存读取位置较近的对象。     #### 缺点 1. 堆使用效率低下。因为我们将空间二等分，因此只有一一半的空间存放对象。   2. 不兼容保守式GC算法。前面说过保守式GC算法无法和移动对象的算法兼容。 *** ### 3.Mark_Compact:GC标记-压缩算法 GC 标记 - 清除算法由标记阶段和压缩阶段构成。 #### 标记阶段   和标记-清除算法的一致，不再赘述。 #### 压缩阶段   压缩阶段具体由三个步骤构成： 1. 设定forwarding指针。用一个scan指针来搜索堆里的活动对象，当搜索到活动对象时，将活动对象的forwarding指针指向new_address，之后new_address根据对象的大小移动位置。   2. 更新指针。由于移动的对象可能会覆盖原来的对象，所以在移动前，需要将forwardin