JVM記憶體管理------GC演算法精解（五分鐘讓你徹底明白標記/清除演算法）

下面即將與各位分享的，是GC演算法中最基礎的演算法------標記/清除演算法。如果搞清楚這個演算法，那麼後面兩個就完全是小菜一碟了。
首先，我們回想一下上一章提到的根搜尋演算法，它可以解決我們應該回收哪些物件的問題，但是它顯然還不能承擔垃圾蒐集的重任，因為我們在程式（程式也就是指我們運行在JVM上的JAVA程式）運作期間如果想進行垃圾回收，就必須讓GC執行緒與程式當中的執行緒互相配合，才能在不影響程式運作的前提下，順利的將垃圾進行回收。
為了達到這個目的，標記/清除演算法就應運而生了。它的做法是當堆中的有效記憶體空間（available memory）被耗盡的時候，就會停止整個程式（也被成為stop the world），然後進行兩項工作，第一項則是標記，第二項則是清除。
下面LZ具體解釋一下標記和清除分別都會做些什麼。
標記：標記的過程其實就是，遍歷所有的GC Roots，然後將所有GC Roots可達的物件標記為存活的物件。
清除：清除的過程將遍歷堆中所有的對象，將沒有標記的對象全部清除掉。
其實這兩個步驟並不是特別複雜，也很容易理解。 LZ用通俗的話解釋一下標記/清除演算法，就是當程式運行期間，若可以使用的記憶體耗盡的時候，GC執行緒就會被觸發並將程式暫停，隨後將依舊存活的物件標記一遍，最終再將堆中所有沒被標記的物件全部清除掉，接下來便讓程式恢復運作。
下面LZ給各位製作了一組描述上面過程的圖片，結合著圖片，我們來直觀的看下這一過程，首先是第一張圖。

這張圖代表的是程式運作期間所有物件的狀態，它們的標誌位元全部是0（也就是未標記，以下預設0就是未標記，1為已標記），假設這會兒有效記憶體空間耗盡了，JVM將會停止應用程式的運行並開啟GC線程，然後開始進行標記工作，按照根搜尋演算法，標記完以後，物件的狀態如下圖。

可以看到，按照根搜尋演算法，所有從root對象可達的對象就被標記為了存活的對象，此時已經完成了第一階段標記。接下來，就要執行第二階段清除了，那麼清除完以後，剩下的物件以及物件的狀態如下圖所示。

可以看到，沒有被標記的物件將會回收清除掉，而被標記的物件將會留下，並且會將標記位元重新歸0。接下來就不用說了，喚醒停止的程式線程，讓程式繼續運行即可。

其實這過程並不複雜，甚至可以說非常簡單，各位說對嗎。不過其中有一點值得LZ一提，就是為什麼非要停止程式的運作呢？
這個其實也不難理解，LZ舉個最簡單的例子，假設我們的程式與GC執行緒是一起運作的，各位試想這樣一種場景。
假設我們剛標記完圖中最右邊的那個對象，暫且記為A，結果此時在程式當中又new了一個新對象B，且A對象可以到達B對象。但由於此時A物件已經標記結束，B物件此時的標記位元依然是0，因為它錯過了標記階段。因此當接下來輪到清除階段的時候，新物件B將會被苦逼的清除掉。如此一來，不難想像結果，GC執行緒將會導致程式無法正常運作。
上面的結果當然令人無法接受，我們剛new了一個對象，結果經過一次GC，忽然變成null了，這怎麼玩？

到此為止，標記/清除演算法LZ已經介紹完了，下面我們來看下它的缺點，其實了解完它的演算法原理，它的缺點就很好理解了。
1、首先，它的缺點就是效率比較低（遞歸與全堆物件遍歷），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勁，尤其對於互動式的應用程式來說簡直是無法接受。試想一下，如果你玩一個網站，這個網站一個小時就掛五分鐘，你還玩嗎？
2、第二點主要的缺點，則是這種方式清理出來的空閒內存是不連續的，這點不難理解，我們的死亡對像都是隨即的出現在內存的各個角落的，現在把它們清除之後，記憶體的佈局自然會亂七八糟。而為了應付這一點，JVM就必須維持一個記憶體的空閒列表，這又是一種開銷。而且在分配數組物件的時候，尋找連續的記憶體空間會不太好找。
看完它的缺點估計有的猿友要忍不住吐糟了，「這麼說這個演算法根本沒法用嘛，那LZ還介紹這麼個玩意幹什麼。」
猿友們莫要著急，一個算法有缺點，高人們自然會想盡辦法去完善它的。而接下來我們要介紹的兩種演算法，都是在標記/清除演算法的基礎上優化而產生的。具體的內容，下次LZ再和各位分享。
本次的分享就到此結束了，希望各位看完都能有所收穫，0.0。

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