JVM 垃圾回收算法

🎯 一、JVM 为什么需要垃圾回收算法？

因为：

• Java 会不停地创建对象（new）

• 有些对象很快就没用了

• 为了避免内存爆掉，JVM 会自动清理“没用了的对象”

怎么清理？→ 就靠 GC 算法

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✅ 二、JVM 的几种经典 GC 算法（按时间线 + 适用阶段）

算法名	属于哪代	特点	是否 STW
1. 标记-清除	老年代	经典算法，先标记，再清除	是
2. 标记-压缩	老年代	清完后压缩对象，防止内存碎片	是
3. 复制算法	新生代	空间换时间，效率高	是
4. 分代收集	整个堆	JVM 默认使用的“混合策略”	是（部分阶段可并发）
5. G1 算法	新生代 + 老年代	分区 + 并发 + 可控停顿	是（短）
6. ZGC/Shenandoah	新生代 + 老年代	高并发，低延迟，暂停极短	是（极短）

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🔍 三、各个算法详解（超通俗）

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① 标记-清除算法（Mark-Sweep）

📌 步骤：

1. 标记：找出所有还“活着”的对象

2. 清除：删除没被标记的对象

🧠 举例：

内存：A B C D E（A、C活着）
标记：✔ A   ✔ C
清除：留下 A、C，其它清除

🧨 缺点：

• 清理后内存碎片多（像挖坑）

• 下次分配新对象可能找不到连续内存

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② 标记-压缩算法（Mark-Compact）

📌 步骤：

1. 标记活对象

2. 把所有活对象压到一边

3. 然后清理死对象区域

📊 图示脑补：

压前：✔A ✔C ✘B ✘D ✘E
压后：✔A ✔C [空][空][空]

✅ 优点：没有碎片！

💥 代价：压缩过程慢，适合老年代（回收不频繁）

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③ 复制算法（Copying）

📌 经典应用在新生代

内存划为两个区：From 区 和 To 区

• 每次只用一块

• GC 时，把活对象复制到另一块

• 然后直接清空当前区

✅ 优点：

• 没有碎片

• 复制速度快

🧠 举例：

From 区：A B C（A 活着）
复制到 To 区：只复制 A，然后 From 区整体清空

❗ 缺点：

• 空间浪费一半（需要两个区）

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④ 分代收集算法（JVM 默认策略）

🌱 新生代（年轻对象多）→ 用“复制算法”
🌳 老年代（活得久）→ 用“标记-清除 + 标记-压缩”

📦 JVM 为什么要这么分？
因为：

• 大部分对象“很快就死”

• 少部分“活得久”

⏱ 这样可以 提升性能，让大部分对象快速被清理掉

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⑤ G1（Garbage First）算法

JDK 9 之后推荐使用的 GC

📌 特点：

• 把堆划分成 N 个小块（Region）

• 每次回收“垃圾最多的区域”

• 并发执行 + 可预测停顿时间（可配置）

👍 优点：

• 高性能 + 可控延迟

• 避免老年代 Full GC 卡顿

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⑥ ZGC / Shenandoah（JDK 11+ 的黑科技）

🌟 主打：

• 超大内存支持（数百 GB）

• 停顿时间低于 10ms（几乎无感知）

📦 原理：用了更复杂的染色指针和读屏障，避免全停

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✅ 四、一图总结（建议记住）

算法	用在哪	特点	缺点
标记-清除	老年代	简单、直观	内存碎片
标记-压缩	老年代	无碎片	慢
复制	新生代	快、无碎片	空间浪费
分代收集	整个堆	按生命周期优化	策略复杂
G1	全堆	分区回收、并发、可控延迟	启动复杂
ZGC	全堆	几乎无 STW	需高版本 JVM

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🎤 面试回答建议句式：

JVM 垃圾回收采用多种算法组合。新生代对象短命，用复制算法清理快；老年代对象生命周期长，用标记-清除和标记-压缩来处理。现代回收器如 G1 和 ZGC 会通过分区、并发回收等手段降低 STW 时间，适用于高并发或低延迟系统。