JVM垃圾回收三大算法

一、总述

HotSpot虚拟机共有三种基础垃圾回收算法：标记清除、复制算法、标记整理。虚拟机采用分代收集思想，新生代优先使用复制算法，老年代使用标记整理，CMS并发收集器底层基于标记清除实现。

二、标记清除算法（Mark-Sweep）

1. 执行流程

回收分为标记、清除两个独立阶段：

1. 标记阶段：以GC Roots为起点遍历全部引用链，标记堆中所有存活对象；
2. 清除阶段：完整遍历堆内存，回收所有未打上存活标记的垃圾对象。

2. 优点

逻辑简单，标记与清除操作执行速度快，底层实现成本低。

3. 缺点

回收完成后堆内存产生大量不连续空闲碎片，空闲空间零散，分配大容量对象时容易提前触发GC。

4. 适用场景

极少单独使用，CMS并发收集器底层核心依赖该算法。

三、复制算法（Copy）

1. 执行流程

将可用内存划分为两块同等大小区域：From区、To区。

1. GC阶段标记From区内全部存活对象；
2. 将存活对象完整复制到To区域，保证内存连续规整；
3. 清空整个From区域，交换From与To的功能角色，本轮回收完成。

2. 优点

1. 复制完成后内存无碎片，对象内存分配速度快；
2. 新生代对象存活率低、垃圾占比高，复制开销小，回收效率优秀。

3. 缺点

1. 内存利用率仅50%，一半内存空间长期闲置；
2. 存活对象数量庞大时，复制对象的开销会大幅上升，性能较差。

4. 适用场景

专门用于新生代，HotSpot对新生代做优化，采用Eden+双Survivor结构改良复制算法。

四、标记整理算法（Mark-Compact）

1. 执行流程

分为标记、整理压缩两个阶段：

1. 标记阶段：逻辑与标记清除完全一致，标记堆内全部存活对象；
2. 整理压缩阶段：将所有存活对象统一向内存一端平移、紧密排列；
3. 清理边界外侧全部垃圾，空闲内存统一集中在内存尾部。

2. 优点

回收后不存在内存碎片，分配大对象不会因碎片频繁触发GC，适配长期存活对象。

3. 缺点

需要移动大量存活对象，同时修改所有对象引用地址指向新内存位置，整体执行效率偏低。

4. 适用场景

老年代默认回收算法，老年代对象存活率高，无法使用复制算法。

五、面试简答

问：JVM有哪三种垃圾回收算法，分别介绍流程、优缺点与适用场景？

答：

1. 标记清除：先标记存活对象，再清除未标记垃圾。实现简单执行速度快，但会产生大量内存碎片；CMS收集器底层采用该算法。
2. 复制算法：内存均分为两块，GC时将存活对象复制到备用区域，回收后无内存碎片，新生代回收效率高；缺点内存利用率仅50%，专门用于新生代。
3. 标记整理：标记完成后压缩所有存活对象至内存一端，消除内存碎片，适配老年代；缺点移动对象会带来额外性能损耗。