常见的垃圾回收算法有哪些？

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三种基础算法：标记-清除（标出垃圾直接清，会产生内存碎片）、复制（经典半区模型把存活对象复制到另一块空间，能获得连续空间但需要预留复制目标）、标记-整理（标记后把存活对象向一端挪、清掉边界外，无碎片但慢）。实际的分代收集把它们组合用：年轻代用复制（存活少、复制快），老年代用标记-清除或标记-整理（存活多、不能浪费一半空间）。

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① 标记-清除（Mark-Sweep） 分两步：先标记所有存活对象（从 GC Root 可达性分析），再清除没标记的。

优点：简单，不用移动对象。
缺点：产生大量内存碎片（清掉的对象散落各处），后续大对象可能因没有连续空间而提前触发 GC；且标记、清除两阶段效率都不高。

② 复制（Copying） 把内存分成两半，只用一半。GC 时把存活对象复制到另一半，然后把原来那半整个清空。

优点：无碎片（复制后紧凑排列）、分配快（只需移动指针）。
缺点：内存利用率只有一半，浪费严重；存活对象多时复制成本高。

③ 标记-整理（Mark-Compact） 标记阶段同标记-清除，但之后不是直接清，而是把所有存活对象向内存一端移动，再清掉边界外的所有空间。

优点：无碎片，且不浪费一半内存。
缺点：要移动对象、更新引用，性能开销大，且移动时通常要 STW。

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一、一切的起点：先判断谁是垃圾

三种算法都先要回答「哪些对象是垃圾」。JVM 用可达性分析：从 GC Roots（栈里的局部变量、静态变量、常量等）出发，能引用到的对象是存活的，引用不到的就是垃圾（详见「JVM 如何判断对象可回收」那道题）。标记算法标的就是这些「可达的存活对象」。例如对象图共有 1,000 个对象，从根只能走到 120 个，那么其余 880 个才是回收候选；互相引用但不连到根的环也属于候选。这里得到的是逻辑存活集合，空间何时重用还取决于后续清除、复制或整理阶段。

二、三种算法的取舍本质是「碎片 vs 空间 vs 速度」

把三者放一起对比，就能看清它们是在三个维度上做权衡：

算法	碎片	空间利用率	是否移动对象	适合
标记-清除	有碎片	较高	否	并发清扫、组合收集阶段
复制	无碎片	需预留目标空间	是	存活对象少的区域
标记-整理	✅ 无碎片	✅ 高	是	存活对象多的区域

没有一种算法全能：标记-清除省空间但有碎片，复制无碎片但费空间，标记-整理两者兼顾但慢。所以现代 JVM 不单用某一种，而是分代组合。

三、分代收集：为什么年轻代用复制、老年代用标整

这是这道题的落脚点。基于「大多数对象朝生夕灭」的假设，堆分年轻代和老年代，各用最适合的算法：

年轻代：对象绝大多数很快就死，存活的极少。复制算法只需复制这一小撮存活对象，成本极低，无碎片——完美契合。因此传统分代收集器常在年轻代采用复制。Eden 与两个 Survivor 的常见初始经验值是 8:1:1，但比例可配置或被自适应策略调整，不能把“只浪费 10%”当作固定结论。
老年代：对象存活率高、数量大。用复制算法要复制一大堆存活对象、还得留一半空间，太亏。所以老年代用标记-清除或标记-整理（如 CMS 常规周期以标记-清除为主，Serial Old / Parallel Old 采用标记-整理）。

这就是「复制算法配存活少的年轻代、标记整理配存活多的老年代」的道理——按存活率选算法。

四、算法和收集器的关系

要区分「算法」和「收集器」：算法是理论方法，收集器是具体实现。比如：

Serial / ParNew / Parallel Scavenge（年轻代）→ 复制算法；
Serial Old / Parallel Old（老年代）→ 标记-整理；
CMS（老年代）→ 标记-清除（所以它有碎片问题）；
G1 → 整体看是标记-整理（Region 之间复制），避免碎片。

（收集器细节见「JVM 有哪几种垃圾回收器」那道题。）

五、并发标记为什么需要写屏障

并发收集器允许业务线程在标记期间继续改引用，单靠三色标记可能漏掉仍存活的对象：

白色：尚未发现
灰色：已发现，但子引用未扫描完
黑色：对象及其当时的子引用已扫描完

若黑对象删除对白对象的引用，同时灰对象又新增对白对象的引用却未被记录，收集器就可能错误回收白对象。实现会借助写屏障记录引用变化，并采用 SATB 或增量更新等策略维持正确性。

策略思路	重点记录	典型理解
SATB	并发标记开始时的旧引用关系	保存被覆盖的旧引用，近似处理“开始时存活”
增量更新	黑对象新指向的白对象	重新关注被修改的黑对象或新引用

这些机制会产生额外 CPU 和内存开销，所以“并发 GC”不是免费地消除暂停，而是在暂停、吞吐和额外屏障成本之间交换。

六、怎样按存活率估算算法成本

假设某区域容量 1 GB，回收时只有 50 MB 存活：复制存活对象约处理 50 MB，并可一次获得连续空间；若有 900 MB 存活，复制成本就明显升高。

复制量近似 ∝ 存活对象大小
可回收量 = 区域已用量 - 存活量

标记-清除不移动存活对象，但空闲块可能零散；标记-整理需要移动对象和修正引用，却能得到连续空间。实际收集器通常组合多种算法，Region 化收集器还会选择部分区域做疏散，不能简单贴一个算法标签概括全部阶段。

选算法时真正要问的是对象存活率、是否允许碎片、可用额外空间、暂停目标以及并发修改成本。

七、常见误区与追问

误区：复制算法固定浪费一半堆空间。 半区复制只是经典模型，实际年轻代比例和 Region 疏散策略由收集器决定。
误区：标记-清除完成后一定能分配任意大小对象。 总空闲量足够时仍可能因碎片缺少连续空间。
误区：并发标记期间业务线程完全不受影响。 写屏障、并发线程抢占 CPU 和最终处理阶段都会带来成本。
追问：标记-整理和复制算法有什么共同点？ 两者都会移动存活对象并更新引用，区别主要在目标空间组织和使用场景。
追问：为什么年轻代常用复制或疏散？ 年轻代通常存活率低，复制少量存活对象能快速回收大片连续空间。
追问：CMS 为什么容易产生碎片？ 它的老年代主要采用并发标记清除，不在常规清除阶段持续压缩所有存活对象。
追问：三色标记本身能解决并发修改吗？ 不能，还需要写屏障和 SATB、增量更新等并发标记协议。

八、加强记忆

把三种基础算法记成“清会碎、复制看存活、整理换连续”：标记-清除少移动但留下碎片，复制只搬存活对象却需要目标空间，标记-整理用移动与引用修正换取连续内存。分代和 Region 化不是第四种孤立算法，而是依据存活率把这些方法组合到不同区域。并发标记还必须用写屏障配合 SATB 或增量更新，避免业务线程改引用造成漏标。答题时始终围绕存活率、额外空间、碎片、暂停和吞吐五个代价展开。

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