垃圾清除算法

当成功区分出内存中存活对象和死亡对象后，GC接下来的任务就是执行垃圾回收，释放掉无用对象所占用的内存空间，以便有足够的可用内存空间为新对象分配
目前在JVM中比较常见的三种垃圾收集算法是标记-清除算法（Mark-Swap）、复制算法（Copying）、标记-压缩算法（Mark-Compact）

标记-清除算法

标记-清除算法是一种非常基础和常见的垃圾收集算法

执行过程

当堆中的有效内存空间（available memory）被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被称为stop the world），然后进行两项工作，第一项则是标记，第二项则是清除

标记：Collector从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象。一般是在对象的Header中记录可达对象
清除：Collector对堆内存从头到尾进行线性的遍历，如果发现某个对象在其Header中没有标记为可达对象，则将其回收

缺点

效率不算高
在进行GC的时候，需要停止整个应用程序，导致用户体验差
这种方式清理出来的空闲内存是不连续的，产生内存碎片。需要维护一个空闲列表

何为清除？

这里所谓的清除并不是真的置空，而是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表里。下次有新对象需要加载时，判断垃圾的位置空间是否够，如果够，就存放

复制算法

核心思想：

将活着的内存空间分为两块，每次只是用其中一块，在垃圾回收时将正在使用的内存中的存活对象复制到未被使用的内存块中，之后清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，最后完成垃圾回收

优点：

没有标记和清除过程，实现简单，运行搞笑
复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片问题”

缺点：

此算法的缺点也是很明显的，就需要两倍的内存空间
对于G1这种拆分称为大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之间对象引用关系，不管是内存占用胡总和时间开销也不小

特别的：

如果系统中的存活对象很多，垃圾对象太少，复制算法需要复制的对象数量太多，效率非常低

应用场景：

在新生代中，对常规应用的垃圾回收，一次通常可以回收70%-99%的内存空间，回收性价比很高。所以现在商业虚拟机都是用这种收集算法回收新生代

标记-压缩算法

背景

复制算法的高效性是建立在存活对象少、垃圾对象多的前提下。这种情况在新生代经常发生，但是在老年代，更常见的情况大部分对象都是存活对象。如果依然使用复制算法，由于存活对象较多，复制的成本也将很高。因此，基于老年代垃圾回收的特性，需要使用其他的算法

标记-清除算法的确可以应用在老年代中，但是该算法不仅执行效率低，而且在执行完回收后会产生内存碎片，所以JVM的设计者需要在此基础之上进行改进。标记-压缩（Mark-Compact）算法由此诞生

执行过程

第一阶段和标记-清除算法一样，从根节点开始标记所有被引用对象
第二阶段将所有的存活对象压缩到内存的一端，按顺序排放
之后清理边界外所有的空间

标记-压缩算法得最终效果等同于标记-清除算法执行完成后，再进行一次碎片化整理，因此，也可以把它称为标记-清除-压缩（Mark-Sweep-Compact）算法

两者的本质差异就在于标记-清除算法是一种非移动式的回收算法，标记-压缩是移动式的。是否移动回收后的存活对象是一项优缺点并存的风险决策

可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可

优点：

消除了标记-清除算法当中，内存区域分散的缺点，我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可
消除了复制算法当中，内存减半的高额代价

缺点：

从效率上来说，标记-整理算法要低于复制算法
移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调用引用的地址
移动过程中，需要全程暂停用户程序。即：STW

分代收集算法

分代收集算法，基于：不同的对象的生命周期是不一样。因此，不同生命周期的对象可以采用不同的收集方式，以便提高回收效率。一般把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点使用不同的回收算法，以提高来回收效率。

在Java程序运行的过程中，会产生大量的对象，其中有些对象是与业务信息相关，比如Http请求中的Session对象。、线程、Socket连接，这类对象跟业务直接挂钩，因此生命周期比较长。但是还有一些对象，主要是程序运行过程中生成的临时变量，这些对象生命周期会比较短，比如：String对象，由于其不变类的特性，系统会产生大量的这些对象，有些对象甚至只用了一次即可回收

增量收集算法

前面的算法，在垃圾回收过程中，应用程序将处于STW状态。在STW状态下，应用程序所有的线程都会挂起，暂停一切正常的工作，等待垃圾回收的完成。如果垃圾回收时间过长，应用程序会被挂起很久，将严重影响用户体验或者系统的个稳定想。

基本思想

如果一次性将所有的垃圾进行处理，需要造成系统长时间的停顿，那么就可以让垃圾回收线程和应用交替执行。每次，垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成

总的来说，增量收集算法的基础仍是传统的标记-清除和复制算法。增量收集算法通过对线程间冲突的妥善处理，允许垃圾线程以分阶段的方式完成标记、清理或复制工作

缺点

使用这种方式，由于在垃圾回收过程中，间断性地还执行了应用程序代码，所以能减少系统的停顿时间。但是，因为线程切换和上下文切换的消耗，会使得垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量的下降

分区收集

一般来说，在相同条件下，对空间越大，依次GC时所需要的时间越长，有关GC产生的停顿也越长。为了更好地控制GC产生的停顿时间，将一块地内存区域分割成多个小块，根据目标的停顿时间，每次合理地回收若干小区间，而不是整个堆空间，从而减少一次GC所产生的停顿时间
分代算法将按照对象的生命周期长短划分成两部分，分区算法将整个对空间划分成连续的不同小区间
每个小区间都独立使用，独立回收。这种算法的好处是可以控制一次回收多少个小区间