JVM垃圾回收算法和分代收集算法的区别

一、概要：

JVM 中的垃圾回收算法是一个广义的概念，包含了所有用于识别和回收无用对象的基本算法思想；而分代收集算法是一种组合式的回收策略，它基于对象的生命周期特征，将上述基本算法应用到不同的内存区域中。简单来说：分代收集算法是垃圾回收算法的一种具体实现方式，是对基本垃圾回收算法的综合运用。

二、垃圾回收算法（基础算法）

指识别和回收垃圾对象的核心思想和基本方法，主要包括以下几类：

1. 标记 - 清除算法（Mark-Sweep）

   • 过程：
     ① 标记：遍历所有对象，标记出可达的存活对象（通过 GC Roots 追溯）。
     ② 清除：回收所有未被标记的对象（垃圾），释放内存。
   • 优缺点：
     优点：实现简单，无需移动对象。
     缺点：清理后会产生大量内存碎片，可能导致后续大对象无法分配内存；标记和清除过程效率较低（需遍历所有对象）。

   

2. 复制算法（Copying）

   • 过程：
     ① 将内存分为大小相等的两块（如 From 区和 To 区）。
     ② 只使用其中一块（From 区），当内存不足时，将存活对象复制到另一块（To 区），然后清空 From 区。
   • 优缺点：
     优点：无内存碎片，分配内存时只需指针移动，效率高。
     缺点：内存利用率低（仅用一半）；复制大量存活对象时成本高。

   

3. 标记 - 整理算法（Mark-Compact）

   • 过程：
     ① 标记：同 “标记 - 清除”，标记存活对象。
     ② 整理：将所有存活对象向内存一端移动，然后直接清理边界外的内存。
   • 优缺点：
     优点：解决了 “标记 - 清除” 的内存碎片问题，内存利用率高。
     缺点：整理阶段需要移动对象，成本较高（尤其是存活对象多的情况）。

   

三、分代收集算法（组合策略）

分代收集算法不是独立的新算法，而是根据对象的生命周期长短，将堆内存划分为不同区域（如新生代、老年代），并为每个区域选择最适合的基础垃圾回收算法。

核心依据：对象的生命周期特征

• 新生代（Young Generation）：
  绝大多数对象创建后很快成为垃圾（如局部变量），存活时间短，存活率低。
• 老年代（Old Generation）：
  少数对象存活时间长（如缓存对象、单例对象），存活率高，且可能被长期引用。

对于新生代，内部又被分为了三个区域。Eden区，S0区，S1区【8：1：1】

当对新生代产生GC：MinorGC【young GC】

当对老年代代产生GC：Major GC

当对新生代和老年代产生FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长，应尽力避免

（一）分代回收的具体实现

1. 新生代：采用复制算法

   • 原因：新生代对象存活率低，复制成本低，且复制算法无碎片、分配效率高。
   • 细节：新生代进一步分为 Eden 区（80%）和两个 Survivor 区（From/To 各 10%）。对象优先在 Eden 区分配，回收时将 Eden 和 From 区的存活对象复制到 To 区，然后清空 Eden 和 From 区，From/To 区角色互换。

2. 老年代：采用标记 - 清除或标记 - 整理算法

   • 原因：老年代对象存活率高，若用复制算法会导致大量复制操作，效率低；而标记 - 清除 / 整理算法适合处理存活对象多的场景（虽然整理有移动成本，但老年代回收频率低）。

分代回收操作示例如下：

①新创建的对象，都会先分配到eden区

②当伊甸园内存不足，标记伊甸园与 from（现阶段没有）的存活对象，将存活对象采用复制算法复制到 to 中，复制完毕后，伊甸园和 from 内存都得到释放

③经过一段时间后伊甸园的内存又出现不足，标记eden区域to区存活的对象，将存活的对象复制到from区

④之后一直重复上述过程，当幸存区对象熬过几次回收（最多15次），晋升到老年代（幸存区内存不足或大对象会导致提前晋升）

（二）MinorGC、 Mixed GC 、 FullGC的区别是什么

• MinorGC【young GC】发生在新生代的垃圾回收，暂停时间短（STW）

• Mixed GC 新生代 + 老年代部分区域的垃圾回收，G1 收集器特有

• FullGC： 新生代 + 老年代完整垃圾回收，暂停时间长（STW），应尽力避免？

STW（Stop-The-World）：暂停所有应用程序线程，等待垃圾回收的完成

四、区别与关系

维度	垃圾回收算法（基础算法）	分代收集算法（组合策略）
本质	独立的垃圾回收思想（如标记 - 清除、复制等）	基于对象生命周期的分区域回收策略
适用场景	通用的垃圾回收逻辑	针对不同生命周期的对象优化回收效率
与其他算法的关系	独立存在，可单独使用	依赖基础算法（如新生代用复制，老年代用标记 - 整理）
目的	解决 “如何回收垃圾” 的问题	解决 “如何更高效回收不同类型对象” 的问题

关系：分代收集算法是对基础垃圾回收算法的按需组合和优化，属于垃圾回收算法的一个子集。现代 JVM（如 HotSpot）的垃圾收集器（如 G1、CMS）均基于分代收集思想设计，同时结合了多种基础算法的优点。

五、总结

基础垃圾回收算法是 “工具”，解决了垃圾回收的基本逻辑（标记、清除、复制、整理）。

分代收集算法是 “策略”，通过划分内存区域，为不同区域选择最合适的 “工具”，从而提升整体回收效率。

可以说，分代收集算法是 JVM 对基础垃圾回收算法的工程化应用，是实践中优化垃圾回收性能的核心方案。