Java 中有哪些垃圾回收算法？

Java 垃圾回收算法详解

Java 垃圾回收算法是 JVM 自动管理内存的核心机制，通过识别并回收不再被引用的对象来释放堆内存空间，防止内存泄漏。

标记-清除算法（Mark-Sweep）
- 结论：最基础的垃圾回收算法，分为“标记”和“清除”两个阶段。
- 原理：首先标记所有从 GC Roots 可达的存活对象，然后清除未被标记的死亡对象。会产生内存碎片。
复制算法（Copying）
- 结论：将内存分为两块，每次只使用一块，存活对象复制到另一块。
- 原理：适用于对象存活率低的场景（如新生代）。没有碎片问题，但内存利用率只有 50%。
标记-整理算法（Mark-Compact）
- 结论：标记存活对象后，将所有存活对象向一端移动，然后清理边界外的内存。
- 原理：解决了内存碎片问题，适合老年代回收，但移动对象成本较高。
分代收集算法（Generational Collection）
- 结论：现代 JVM 的主流算法，基于对象生命周期特性采用不同策略。
- 原理：将堆分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），新生代使用复制算法（Eden + Survivor），老年代使用标记-清除或标记-整理。

核心矛盾：大多数对象“朝生夕死”（弱分代假说），少数对象长期存活。

逻辑拆解：

Step 1：统计表明 98% 的 Java 对象存活时间极短
Step 2：将堆分为新生代（占 1/3）和老年代（占 2/3）
Step 3：新生代采用复制算法（Eden:Survivor = 8:1:1 ）
- 新对象分配在 Eden 区
- Minor GC 时，Eden 存活对象复制到 Survivor0
- 再次 Minor GC，Eden 和 Survivor0 存活对象复制到 Survivor1
- 对象年龄计数器达到阈值（默认 15）晋升到老年代
Step 4：老年代采用标记-整理/清除算法
- 当老年代空间不足时触发 Full GC
- Full GC 会 Stop The World，影响性能

为什么新生代要用复制算法？
- 对象死亡率高，复制成本低
- 避免内存碎片，提高分配效率（指针碰撞）
G1 如何实现可预测的停顿时间？
- 维护 Region 的回收价值（回收空间/时间）
- 每个 GC 周期只回收部分 Region
- 通过 -XX:MaxGCPauseMillis 参数控制
三色标记法如何解决“对象消失”问题？
- 增量更新（CMS）：记录新增的引用
- 原始快照（G1）：记录删除的引用
- 通过写屏障实现
ZGC 的染色指针原理？
- 在 64 位指针中借用 4 位作为标记位
- 无需对象头标记，并发效率更高
- 支持 TB 级堆内存

总结：Java 垃圾回收算法从基础算法演进到分代收集，再发展到现在的 Region 分区和全并发收集。选择合适算法需权衡吞吐量、延迟和内存开销，理解底层原理是性能调优的基础。