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JVM 垃圾回收算法

news 2025/10/14 9:48:08

我用通俗易懂的方式介绍一下GC算法，包括标记-清除、复制、标记-整理、分代收集

把 Java 堆想象成一个巨大的 “停车场”，里面停满了各种 “车辆”（也就是对象）。有些车是 “正在使用的”（可达对象），有些车是 “废弃的”（垃圾对象）。GC 算法就是不同的 “清障车” 工作模式，它们的目标都是：高效地把废弃的车辆清理掉，腾出空间给新的车辆停放。

比喻：按名单找车，然后直接拖走。

这是最基础、最直接的一种算法，分为两步：

标记（Mark）：清障队拿着一份 “活跃车辆名单”（从 GC Roots 开始遍历），在停车场里找到所有 “正在使用的车”，并在它们的挡风玻璃上贴一个 “保留” 的标签。
清除（Sweep）：清障队再次遍历整个停车场，把所有没有“保留” 标签的车（废弃车辆）全部拖走。清理完后，他们会记录下这些空出来的 “停车位”（内存碎片），方便以后分配。

优点：

缺点：

效率不稳定：如果停车场很大，车很多，两次遍历（标记和清除）都会很慢。
产生内存碎片：清理后，空出来的停车位是零散的。当有一辆 “加长林肯”（大对象）要进来时，可能找不到一整块足够大的连续停车位，即使总的空位够，也只能触发一次新的 GC。

比喻：把有用的车挪到新停车场，旧停车场直接废弃。

为了解决标记 - 清除的碎片问题，复制算法应运而生。它把停车场一分为二，通常是 From 区 和 To 区。

复制（Copy）：清障队拿着 “活跃车辆名单”，把 From 区里所有 “正在使用的车” 都完好无损地复制到 To 区，并且是紧凑地、连续地停放。
交换（Swap）：复制完成后，From 区里剩下的肯定全是废弃车辆。这时，清障队直接宣布整个 From 区作废，然后把 From 区和 To 区的角色互换。下一次 GC 时，就从新的 From 区复制到新的 To 区。

优点：

缺点：

比喻：先标记要保留的车，然后把它们都挪到停车场的一端，剩下的一次性清空。

这是为了解决 “标记 - 清除” 的碎片问题和 “复制” 算法的空间浪费问题而设计的，主要用于老年代。

优点：

缺点：

比喻：按车辆使用频率，分不同区域管理。

这不是一种具体的算法，而是一种 “分而治之” 的策略。它基于一个重要的观察：大部分对象都是 “朝生夕灭” 的（新生代），只有少数对象能活很久（老年代）。

于是，停车场被划分为两个区域：

新生代（Young Generation）：
- 比喻：“临时停车区”。
- 特点：车流量大，大部分车停一会儿就走。
- 算法：采用复制算法。因为新生代中大部分都是垃圾，需要复制的存活对象很少，效率极高。它内部又分为一个 Eden 区和两个 Survivor 区（From 和 To）。
老年代（Old Generation）：
- 比喻：“长期停车区”。
- 特点：车很稳定，进来了就可能停很久。
- 算法：采用标记 - 清除或标记 - 整理算法。因为老年代中大部分对象都是存活的，使用复制算法成本太高。

工作流程：

新车（新对象）先停在新生代的 Eden 区。
Eden 区满了，触发一次 Minor GC（新生代 GC）。
- 把 Eden 和 From Survivor 区里存活的对象，复制到 To Survivor 区。
- 清空 Eden 和 From Survivor 区。
- From 和 To 区角色互换。
对象在 Survivor 区之间来回被复制，每复制一次 “年龄” 就加一岁。
当对象年龄达到一个阈值（比如 15 岁），就会被 “晋升” 到老年代。
当老年代也快满了，就会触发 Major GC / Full GC（老年代 GC），这个过程通常比较慢。

优点：