Java 中有哪些垃圾回收算法？

Java 中的垃圾回收算法

Java 中的垃圾回收（Garbage Collection，GC）机制通过多种算法实现对堆内存的管理。以下是常见的垃圾回收算法：

---

1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

工作原理

• 标记阶段：遍历对象图，标记所有可达对象。
• 清除阶段：清除未标记的不可达对象，回收内存。

特点

• 简单直接，适用于基本场景。
• 缺点：
  • 清除后会产生大量内存碎片。
  • 标记和清除过程需要暂停应用线程（STW，Stop-The-World）。

示例

初始内存： [A][B][C][空][空]
标记阶段： [A*][B*][C*][空][空] (*表示可达)
清除阶段： [A][B][C][空][空]

2. 复制算法（Copying）

工作原理

• 将内存分为两块，每次只使用其中一块。
• 当一块内存满了时，将可达对象复制到另一块内存，并清空原来的内存。

特点

• 优点：
  • 简单高效，不会产生内存碎片。
• 缺点：
  • 可用内存减少为原来的一半。

使用场景

• 常用于新生代垃圾回收（Minor GC）。

示例

初始内存： [A][B][C][空][空]
复制阶段： [空][空][空][A][B][C]

3. 标记-整理算法（Mark-Compact）

工作原理

• 标记阶段：标记所有可达对象。
• 整理阶段：将存活对象移动到内存的一端，清理掉其他空间。

特点

• 优点：
  • 不会产生内存碎片。
• 缺点：
  • 移动对象的过程会影响性能。

使用场景

• 常用于老年代垃圾回收（Major GC 或 Full GC）。

示例

初始内存： [A][B][C][空][空]
标记阶段： [A*][B*][C*][空][空]
整理阶段： [A][B][C][空][空]

4. 分代回收算法（Generational Collection）

工作原理

• 将堆内存划分为多个区域：
  • 新生代：存放短生命周期的对象。
  • 老年代：存放长生命周期的对象。
  • 永久代（JDK 7 及以前）/元空间（JDK 8 及以后）：存放类元信息。

特点

• 不同代使用不同的回收算法：
  • 新生代：采用复制算法。
  • 老年代：采用标记-清除或标记-整理算法。
• 优点：
  • 针对对象生命周期的特点进行优化，提高效率。

使用场景

• 是当前 Java 垃圾回收的核心机制，大多数垃圾收集器都基于此设计。

5. 分区算法（Region-Based Collection）

工作原理

• 将堆内存划分为多个相等的区域（Region）。
• 每个区域可以动态作为新生代或老年代的一部分。
• 优先回收垃圾最多的区域，减少整体回收时间。

特点

• 优点：
  • 更加灵活，能避免全堆扫描。
  • 提高内存管理效率。
• 缺点：
  • 实现较复杂，调优成本较高。

使用场景

• G1 垃圾收集器是分区算法的典型应用。

假设堆内存分为多个区域：
[Region1][Region2][Region3][Region4][Region5]
垃圾最多的区域先被回收，例如优先回收 Region3。

6. 总结

算法类型	工作原理	优点	缺点	适用场景
标记-清除	标记可达对象，清除不可达对象	简单直接	会产生内存碎片，STW 明显	老年代或简单场景
复制	对象复制到另一块内存	高效，无碎片	内存利用率低	新生代
标记-整理	移动存活对象并清理无用对象	无碎片	移动对象耗时	老年代
分代回收	根据对象生命周期分代回收	效率高	实现复杂	新生代和老年代结合
分区算法	将堆分为多个区域，优先回收垃圾最多的区域	灵活高效	实现复杂	G1 垃圾收集器等

结论

• 垃圾回收算法根据应用需求和对象特点选择合适的策略。
• 现代 JVM 通常结合多种算法（如分代回收）以优化性能。