GC的三種收集方法詳解

1. 標記-清除算法 (Mark-Sweep)

原理

1. 標記階段：從根對象（GC Roots）開始，標記所有可達的對象
2. 清除階段：掃描整個內存區域，回收所有未被標記的對象

特點

• 優點：實現簡單，不需要對象移動

• 缺點：

  • 產生內存碎片，導致大對象可能無法找到連續內存空間而提前觸發Full GC
  • 標記和清除兩個階段都需要掃描整個堆內存，效率較低

應用場景

• 主要用於老年代（Old Generation）
• 適用於對象存活率高、對象生命週期長的區域
• CMS收集器的併發清除階段採用了標記-清除算法

2. 標記-整理算法 (Mark-Compact)

原理

1. 標記階段：與標記-清除算法相同，標記所有可達對象
2. 整理階段：將所有存活對象向一端移動，然後清理邊界外的內存

特點

• 優點：

  • 解決了標記-清除算法的內存碎片問題
  • 為大對象分配提供了連續內存空間

• 缺點：

  • 需要額外的移動對象操作，增加了GC暫停時間
  • 實現複雜度高於標記-清除算法

應用場景

• 主要用於老年代（Old Generation）
• 適用於對象存活率高且對內存碎片敏感的場景
• Serial Old、Parallel Old和G1收集器的老年代回收階段都採用了標記-整理算法

3. 複製算法 (Copying)

原理

1. 將內存空間劃分為大小相等的兩塊（通常為From空間和To空間）
2. 只使用其中一塊（From），另一塊（To）保持空閒
3. GC時，將From空間中的存活對象複製到To空間
4. 清除From空間，然後交換From和To的角色

特點

• 優點：

  • 不會產生內存碎片
  • 分配內存時只需移動指針，實現簡單高效
  • 複製成本與存活對象數量成正比，存活對象少時效率高

• 缺點：

  • 內存利用率低，只使用了一半的內存空間
  • 當對象存活率高時，複製操作成本高

應用場景

• 主要用於新生代（Young Generation）
• 特別適合對象存活率低、頻繁創建和銷燬的區域
• 大多數垃圾收集器在新生代都採用複製算法（如Serial、ParNew、Parallel Scavenge）

• 實際應用中通常使用改進版的複製算法：

  • Eden:Survivor = 8:1:1（一個Eden區和兩個Survivor區）
  • 只需要10%的內存空間作為Survivor區即可滿足需求

三種算法的對比總結

分代收集策略中的應用

在現代JVM中，通常採用分代收集策略，將堆分為新生代和老年代，根據不同區域的特點選擇合適的收集算法：

1. 新生代：對象生命週期短，存活率低，適合使用複製算法
2. 老年代：對象生命週期長，存活率高，適合使用標記-清除或標記-整理算法

這種分代策略充分利用了不同算法的優勢，在垃圾回收效率和內存利用率之間取得了平衡。