JVM 内存管理 --GC 算法精解（五分钟教你终极算法 --- 分代搜集算法）

引言

何为终极算法？

其实就是现在的 JVM 采用的算法，并非真正的终极。说不定若干年以后，还会有新的终极算法，而且几乎是一定会有，因为相信高人们的能力。

那么分代搜集算法是怎么处理 GC 的呢？

对象分类

上一章已经说过，分代搜集算法是针对对象的不同特性，而使用适合的算法，这里面并没有实际上的新算法产生。与其说分代搜集算法是第四个算法，不如说它是对前三个算法的实际应用。

首先我们来探讨一下对象的不同特性，接下来和各位来一起给这些对象选择 GC 算法。

内存中的对象按照生命周期的长短大致可以分为三种，以下命名均为个人的命名。

1、夭折对象：朝生夕灭的对象，通俗点讲就是活不了多久就得死的对象。

例子：某一个方法的局域变量、循环内的临时变量等等。

2、老不死对象：这类对象一般活的比较久，岁数很大还不死，但归根结底，老不死对象也几乎早晚要死的，但也只是几乎而已。

例子：缓存对象、数据库连接对象、单例对象（单例模式）等等。

3、不灭对象：此类对象一般一旦出生就几乎不死了，它们几乎会一直永生不灭，记得，只是几乎不灭而已。

例子：String 池中的对象（享元模式）、加载过的类信息等等。

对象对应的内存区域

还记得前面介绍内存管理时，JVM 对内存的划分吗？

我们将上面三种对象对应到内存区域当中，就是夭折对象和老不死对象都在 JAVA 堆，而不灭对象在方法区。

之前的一章中我们就已经说过，对于 JAVA 堆，JVM 规范要求必须实现 GC，因而对于夭折对象和老不死对象来说，死几乎是必然的结局，但也只是几乎，还是难免会有一些对象会一直存活到应用结束。然而 JVM 规范对方法区的 GC 并不做要求，所以假设一个 JVM 实现没有对方法区实现 GC，那么不灭对象就是真的不灭对象了。

由于不灭对象的生命周期过长，因此分代搜集算法就是针对的 JAVA 堆而设计的，也就是针对夭折对象和老不死对象。

JAVA 堆的对象回收（夭折对象和老不死对象）

有了以上分析，我们来看看分代搜集算法如何处理 JAVA 堆的内存回收的，也就是夭折对象与老不死对象的回收。

夭折对象：这类对象朝生夕灭，存活时间短，还记得复制算法的使用要求吗？那就是对象存活率不能太高，因此夭折对象是最适合使用复制算法的。

小疑问：50%内存的浪费怎么办？

答疑：因为夭折对象一般存活率较低，因此可以不使用 50%的内存作为空闲，一般的，使用两块 10%的内存作为空闲和活动区间，而另外 80%的内存，则是用来给新建对象分配内存的。一旦发生 GC，将 10%的活动区间与另外 80%中存活的对象转移到 10%的空闲区间，接下来，将之前 90%的内存全部释放，以此类推。

为了让各位更加清楚的看出来这个 GC 流程，LZ 给出下面图示。

图中标注了三个区域中在各个阶段，各自内存的情况。相信看着图，它的 GC 流程已经不难理解了。

不过有两点 LZ 需要提一下，第一点是使用这样的方式，我们只浪费了 10%的内存，这个是可以接受的，因为我们换来了内存的整齐排列与 GC 速度。第二点是，这个策略的前提是，每次存活的对象占用的内存不能超过这 10%的大小，一旦超过，多出的对象将无法复制。

为了解决上面的意外情况，也就是存活对象占用的内存太大时的情况，高手们将 JAVA 堆分成两部分来处理，上述三个区域则是第一部分，称为新生代或者年轻代。而余下的一部分，专门存放老不死对象的则称为年老代。

是不是很贴切的名字呢？下面我们看看老不死对象的处理方式。

老不死对象：这一类对象存活率非常高，因为它们大多是从新生代转过来的。就像人一样，活的年月久了，就变成老不死了。

通常情况下，以下两种情况发生的时候，对象会从新生代区域转到年老带区域。

1、在新生代里的每一个对象，都会有一个年龄，当这些对象的年龄到达一定程度时（年龄就是熬过的 GC 次数，每次 GC 如果对象存活下来，则年龄加 1），则会被转到年老代，而这个转入年老代的年龄值，一般在 JVM 中是可以设置的。

2、在新生代存活对象占用的内存超过 10%时，则多余的对象会放入年老代。这种时候，年老代就是新生代的“备用仓库”。

针对老不死对象的特性，显然不再适合使用复制算法，因为它的存活率太高，而且不要忘了，如果年老代再使用复制算法，它可是没有备用仓库的。因此一般针对老不死对象只能采用标记/整理或者标记/清除算法。

方法区的对象回收（不灭对象）

以上两种情况已经解决了 GC 的大部分问题，因为 JAVA 堆是 GC 的主要关注对象，而以上也已经包含了分代搜集算法的全部内容，接下来对于不灭对象的回收，已经不属于分代搜集算法的内容。

不灭对象存在于方法区，在我们常用的 hotspot 虚拟机（JDK 默认的 JVM）中，方法区也被亲切的称为永久代，又是一个很贴切的名字不是吗？

其实在很久很久以前，是不存在永久代的。当时永久代与年老代都存放在一起，里面包含了 JAVA 类的实例信息以及类信息。但是后来发现，对于类信息的卸载几乎很少发生，因此便将二者分离开来。幸运的是，这样做确实提高了不少性能。于是永久代便被拆分出来了。

这一部分区域的 GC 与年老代采用相似的方法，由于都没有“备用仓库”，二者都是只能使用标记/清除和标记/整理算法。

回收的时机

JVM 在进行 GC 时，并非每次都对上面三个内存区域一起回收的，大部分时候回收的都是指新生代。因此 GC 按照回收的区域又分了两种类型，一种是普通 GC（minor GC），一种是全局 GC（major GC or Full GC），它们所针对的区域如下。

普通 GC（minor GC）：只针对新生代区域的 GC。

全局 GC（major GC or Full GC）：针对年老代的 GC，偶尔伴随对新生代的 GC 以及对永久代的 GC。

由于年老代与永久代相对来说 GC 效果不好，而且二者的内存使用增长速度也慢，因此一般情况下，需要经过好几次普通 GC，才会触发一次全局 GC。

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