JVM有哪些垃圾回收算法？

1. MarkSweep 标记清除算法：这个算法分为两个阶段，1.标记阶段：把垃圾内存标记出来，2.清除阶段：直接将垃圾内存回收。这种算法是⽐较简单的，但是有个很严重的问题，就是会产⽣⼤量的内存碎⽚。

2. Copying 拷⻉算法：为了解决标记清除算法的内存碎⽚问题，就产⽣了拷⻉算法。拷⻉算法将内存分为⼤⼩相等的两半，每次只使⽤其中⼀半。垃圾回收时，将当前这⼀块的存活对象全部拷⻉到另⼀半，然后当前这⼀半内存就可以直接清除。这种算法没有内存碎⽚，但是他的问题就在于浪费空间。⽽且，他的效率跟存货对象的个数有关。

3. MarkCompack 标记压缩算法：为了解决拷⻉算法的缺陷，就提出了标记压缩算法。这种算法在标记阶段跟标记清除算法是⼀样的，但是在完成标记之后，不是直接清理垃圾内存，⽽是将存活对象 往⼀端移动，然后将端边界以外的所有内存直接清除。

这三种算法各有利弊，各⾃有各⾃的适合场景。

在 JVM 中，垃圾回收算法是垃圾回收器（Garbage Collector, GC）的核心组成部分，用于识别和回收不再使用的对象。JVM 提供了多种垃圾回收算法，每种算法适用于不同的场景和需求。下面我们详细介绍 JVM 中的主要垃圾回收算法及其特点。

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1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

（1）原理

• 标记：从 GC Roots 出发，遍历所有可达对象，并标记它们为活动对象。

• 清除：遍历堆内存，释放所有未被标记的对象占用的内存。

（2）优点

• 实现简单，适用于大多数场景。

（3）缺点

• 会产生内存碎片，影响内存分配效率。

• 清除阶段需要遍历整个堆内存，性能较低。

（4）适用场景

• 适用于老年代垃圾回收。

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2. 标记-整理算法（Mark-Compact）

（1）原理

• 标记：从 GC Roots 出发，遍历所有可达对象，并标记它们为活动对象。

• 整理：将所有活动对象移动到内存的一端，减少内存碎片。

（2）优点

• 避免了内存碎片，提高了内存分配效率。

（3）缺点

• 整理阶段需要移动对象，增加了额外的开销。

（4）适用场景

• 适用于老年代垃圾回收。

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3. 复制算法（Copying）

（1）原理

• 将堆内存分为两个区域：From 区和 To 区。

• 复制：将 From 区中的活动对象复制到 To 区，并清空 From 区。

• 交换：交换 From 区和 To 区的角色。

（2）优点

• 避免了内存碎片，提高了内存分配效率。

• 复制算法的效率较高，适合处理存活对象较少的情况。

（3）缺点

• 需要额外的内存空间（From 区和 To 区）。

• 适合存活对象较少的情况，如果存活对象较多，复制开销较大。

（4）适用场景

• 适用于新生代垃圾回收。

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4. 分代收集算法（Generational Collection）

（1）原理

• 将堆内存分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。

• 新生代：使用复制算法（Copying）。

• 老年代：使用标记-清除算法（Mark-Sweep）或标记-整理算法（Mark-Compact）。

（2）优点

• 根据对象的生命周期采用不同的回收策略，提高了垃圾回收的效率。

（3）缺点

• 实现复杂，需要维护多个内存区域。

（4）适用场景

• 适用于大多数 JVM 垃圾回收器。

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5. 增量收集算法（Incremental Collection）

（1）原理

• 将垃圾回收过程分为多个小步骤，与应用线程交替执行。

• 每次只回收一部分垃圾，减少单次回收的暂停时间。

（2）优点

• 减少了单次回收的暂停时间，提高了应用的响应速度。

（3）缺点

• 总体回收时间可能较长。

• 实现复杂，需要额外的同步机制。

（4）适用场景

• 适用于需要低延迟的应用。

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6. 并发标记清除算法（Concurrent Mark-Sweep, CMS）

（1）原理

• 初始标记：标记 GC Roots 直接引用的对象（需要暂停应用线程）。

• 并发标记：并发标记所有可达对象。

• 重新标记：修正并发标记期间发生变化的对象（需要暂停应用线程）。

• 并发清除：并发清除所有未被标记的对象。

（2）优点

• 减少了暂停时间，提高了应用的响应速度。

（3）缺点

• 会产生内存碎片。

• 需要额外的 CPU 资源。

（4）适用场景

• 适用于需要低延迟的应用。

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7. G1 算法（Garbage-First）

（1）原理

• 将堆内存划分为多个区域（Region），每个区域可以是新生代或老年代。

• 初始标记：标记 GC Roots 直接引用的对象（需要暂停应用线程）。

• 并发标记：并发标记所有可达对象。

• 最终标记：修正并发标记期间发生变化的对象（需要暂停应用线程）。

• 筛选回收：优先回收垃圾最多的区域（Garbage-First）。

（2）优点

• 平衡了吞吐量和延迟。

• 避免了内存碎片。

（3）缺点

• 实现复杂，需要维护多个区域。

（4）适用场景

• 适用于大内存和多核 CPU 的应用。

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8. 总结

算法	原理	优点	缺点	适用场景
标记-清除	标记活动对象，清除未标记对象。	实现简单。	产生内存碎片，性能较低。	老年代垃圾回收。
标记-整理	标记活动对象，整理内存。	避免内存碎片。	整理阶段开销较大。	老年代垃圾回收。
复制算法	将活动对象复制到另一个区域。	避免内存碎片，效率高。	需要额外内存空间。	新生代垃圾回收。
分代收集	根据对象生命周期采用不同策略。	提高回收效率。	实现复杂。	大多数 JVM 垃圾回收器。
增量收集	将回收过程分为多个小步骤。	减少单次回收的暂停时间。	总体回收时间较长。	需要低延迟的应用。
并发标记清除	并发标记和清除。	减少暂停时间。	产生内存碎片，需要额外 CPU 资源。	需要低延迟的应用。
G1 算法	分区回收，优先回收垃圾最多的区域。	平衡吞吐量和延迟，避免内存碎片。	实现复杂。	大内存和多核 CPU 的应用。

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9. 一句话总结

JVM 提供了多种垃圾回收算法，包括标记-清除、标记-整理、复制算法、分代收集、增量收集、并发标记清除和 G1 算法，每种算法适用于不同的场景和需求。