垃圾回收算法介绍

垃圾回收算法

垃圾回收（GC）算法用于识别和清理堆中不再使用的对象，JVM 主要采用以下算法： 1. 标记-清除（Mark-Sweep）：标记垃圾后直接清除。 2. 标记-复制（Mark-Copy）：标记存活对象，复制到新区域。 3. 标记-整理（Mark-Compact）：标记后整理存活对象，消除碎片。 4. 分代收集（Generational Collection）：按对象生命周期分代回收。

核心点

识别垃圾（标记） + 回收空间。

1. 算法详解

(1) 标记-清除（Mark-Sweep）

原理：
标记：从根集（GC Roots，如栈引用、静态变量）遍历，标记存活对象。
清除：扫描堆，回收未标记对象。
优点：
简单，易实现。
不移动对象，适合存活对象多的情况。
缺点：
内存碎片：回收后空间不连续。
效率低：标记和清除都需全堆扫描。
示例：

堆: [Obj1, Obj2, Obj3]
标记: [Live, Dead, Live]
清除: [Obj1, null, Obj3]

适用：
老年代，存活对象较多。

(2) 标记-复制（Mark-Copy）

原理：
将堆分为两块区域（From 和 To）。
标记：标记存活对象。
复制：将存活对象复制到 To 区，清空 From 区。
交换 From 和 To。
优点：
无碎片，空间连续。
效率高，只处理存活对象。
缺点：
空间浪费：一半内存闲置。
存活对象多时复制开销大。
示例：

From: [Obj1, Obj2, Obj3]
标记: [Live, Dead, Live]
To:   [Obj1, Obj3]

适用：
年轻代，对象存活率低。

(3) 标记-整理（Mark-Compact）

原理：
标记：标记存活对象。
整理：将存活对象移动到堆一端，清除剩余空间。
优点：
无碎片，空间利用率高。
适合存活对象多的情况。
缺点：
移动对象开销大，效率低于复制。
需多次扫描堆。
示例：

堆: [Obj1, Obj2, Obj3]
标记: [Live, Dead, Live]
整理: [Obj1, Obj3]

适用：
老年代，减少碎片。

(4) 分代收集（Generational Collection）

原理：
根据对象生命周期分为：
- 年轻代：短生命周期，频繁回收。
- 老年代：长生命周期，回收较少。
年轻代用标记-复制，老年代用标记-清除或整理。
假设：
弱分代假说：大部分对象朝生夕死。
强分代假说：存活越久越难回收。
过程：
新对象在 Eden 创建。
Minor GC：Eden → Survivor，存活对象晋升。
Major GC：老年代回收。
优点：
结合多种算法优点，提高效率。
缺点：
实现复杂，需调参。
适用：
JVM 默认策略（如 G1、CMS）。

2. GC Roots

定义：
垃圾回收的起点。
来源：
栈中局部变量。
方法区静态变量。
本地方法栈 JNI 引用。
作用：
可达性分析，标记存活对象。

3. JVM 中的实现

Serial：
单线程，标记-复制（年轻代）+ 标记-整理（老年代）。
Parallel：
多线程并行，类似 Serial。
CMS（Concurrent Mark Sweep）：
并发标记-清除，老年代为主。
优点：低停顿。
缺点：碎片、浮动垃圾。
G1（Garbage First）：
分代 + 区域化（Region）。
标记-复制 + 整理，预测停顿时间。

图示

堆:
年轻代: [Eden | S0 | S1] --> 标记-复制
老年代: [Region1 | Region2] --> 标记-整理

4. 优缺点对比

算法	优点	缺点	适用场景
标记-清除	简单，不移动对象	碎片，效率低	老年代
标记-复制	无碎片，效率高	空间浪费，复制成本	年轻代
标记-整理	无碎片，空间利用高	移动开销大	老年代
分代收集	综合优化，效率高	实现复杂	通用（JVM 默认）

5. 延伸与面试角度

与 GC 收集器：
CMS 用标记-清除。
G1 混合复制和整理。
调优：
-Xmn：调整年轻代大小。
-XX:+UseG1GC：启用 G1。
实际应用：
Web 服务：低停顿优先（CMS、G1）。
批处理：吞吐量优先（Parallel）。
面试点：
问“算法”时，提四种及优缺点。
问“分代”时，提假说和过程。

总结

垃圾回收算法包括标记-清除、标记-复制、标记-整理和分代收集，各有优劣，JVM 结合分代思想优化性能。面试时，可提算法原理或画堆结构，展示理解深度。