垃圾回收算法详解

最近在准备面试，正把平时积累的笔记、项目中遇到的问题与解决方案、对核心原理的理解，以及高频业务场景的应对策略系统梳理一遍，既能加深记忆，也能让知识体系更扎实，供大家参考，欢迎讨论。
好的 👍 我帮你把这几种 垃圾回收算法（复制、标记清除、标记整理、分代收集）整理成一篇文章，结构清晰，适合学习和写文章引用。

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在 Java 虚拟机（JVM）的内存管理中，垃圾回收（Garbage Collection, GC）是保证程序稳定运行的核心机制。其主要目标是回收不再使用的对象所占的内存空间，以便为新对象提供可用内存。常见的垃圾回收算法包括 复制算法、标记清除、标记整理 以及 分代收集策略。

1. 复制算法（Copying）

适用场景：新生代（Young Generation）

复制算法将内存划分为大小相同的两块，每次仅使用其中的一块。当一块内存用完后，会将仍然存活的对象复制到另一块中，然后一次性清理原内存空间。

• 优点

  • 实现简单，效率高
  • 内存分配顺序性强，不会产生碎片

• 缺点

  • 内存利用率低，仅能使用一半内存
  • 如果存活对象过多，复制成本会很高

因此，复制算法更适合 对象生命周期短、死亡率高的新生代，不适合对象存活时间长的老年代。
（图片来源网络）

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2. 标记清除算法（Mark-Sweep）

适用场景：早期的老年代回收

该算法分为两个阶段：

1. 标记阶段：标记所有需要回收的对象
2. 清除阶段：统一回收被标记的对象

• 优点

  • 实现相对简单
  • 不需要额外的内存空间

• 缺点

  • 标记清除算法会产生大量内存碎片，从而影响后续对象分配。比如某个对象需要 连续 6 个内存单元，虽然整体剩余空间足够，但由于不连续，仍可能出现分配失败，被迫触发一次 GC。

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3. 标记整理算法（Mark-Compact）

适用场景：老年代（Old Generation）

该算法在标记阶段与“标记-清除”相同，但在清理前会将所有存活对象向一端移动，保证空间的连续性，最后清理边界外的内存。

• 优点

  • 避免了标记清除算法中产生的内存碎片问题
  • 分配效率更高，适合大对象的内存分配

• 缺点

  • 回收效率比复制算法略低

图解：1.标记阶段 (Mark)：​​ 遍历内存，识别并标记所有存活对象（如对象A、C、E）和垃圾对象（如对象B、D、F）。
2.​​整理阶段 (Compact)：​​ 将所有存活对象向内存的一端（通常是左侧）移动，从而​​压缩​​它们。

3.清理阶段：​​ 在存活对象区域之后，一次性清理出​​大块的连续空闲内存​​，完全避免了内存碎片。

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4. 分代收集策略（Generational Collection）

核心思想：分代收集本身不是一种具体算法，而是一种策略。它根据对象生命周期的不同，选择合适的垃圾回收算法来提升效率。

• 新生代（Young Generation）
  大量对象很快变为垃圾，适合 复制算法（Copying）

• 老年代（Old Generation）
  对象存活率高，适合 标记清除 或 标记整理

分代收集算法正是 JVM 主流垃圾回收器的核心思路，通过针对不同特性的对象使用合适的算法，提高整体效率。