面试题：Java 中有哪些垃圾回收算法？

Java 中的垃圾回收（Garbage Collection, GC）算法是 JVM 自动管理内存的核心机制。以下是 Java 中常见的垃圾回收算法：

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1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

• 原理：
  • 分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。
  • 标记阶段：从根对象（如 GC Roots）开始，遍历所有可达对象并标记为存活。
  • 清除阶段：遍历堆内存，回收未被标记的对象（即垃圾）。
• 优点：实现简单。
• 缺点：
  • 会产生内存碎片。
  • 效率较低，尤其是堆内存较大时。

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2. 复制算法（Copying）

• 原理：
  • 将内存分为两块（From 和 To 区），每次只使用其中一块。
  • 在垃圾回收时，将存活对象从 From 区复制到 To 区，然后清空 From 区。
• 优点：
  • 不会产生内存碎片。
  • 适合存活对象较少的场景（如年轻代）。
• 缺点：
  • 内存利用率较低，只能使用一半的内存。
  • 复制大量存活对象时效率较低。

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3. 标记-整理算法（Mark-Compact）

• 原理：
  • 分为标记阶段和整理阶段。
  • 标记阶段：标记所有存活对象。
  • 整理阶段：将存活对象向内存的一端移动，然后清理边界外的内存。
• 优点：
  • 不会产生内存碎片。
  • 适合老年代回收。
• 缺点：
  • 整理阶段需要移动对象，效率较低。

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4. 分代收集算法（Generational Collection）

• 原理：
  • 基于对象的生命周期将堆内存分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
  • 年轻代使用复制算法（如 Minor GC）。
  • 老年代使用标记-清除或标记-整理算法（如 Full GC）。
• 优点：
  • 针对不同生命周期的对象采用不同的回收策略，效率较高。
• 缺点：
  • 需要额外的开销来管理分代。

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5. 增量收集算法（Incremental Collection）

• 原理：
  • 将垃圾回收过程分为多个小步骤，与应用程序交替执行。
  • 每次只回收一部分垃圾，减少单次停顿时间。
• 优点：
  • 减少应用程序的停顿时间。
• 缺点：
  • 总体回收效率较低。

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

• 原理：
  • 分为初始标记、并发标记、重新标记和并发清除四个阶段。
  • 大部分工作与应用程序并发执行，减少停顿时间。
• 优点：
  • 停顿时间短，适合低延迟应用。
• 缺点：
  • 会产生内存碎片。
  • 并发模式失败时会导致 Full GC。

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7. G1 垃圾回收算法（Garbage-First）

• 原理：
  • 将堆内存划分为多个大小相等的区域（Region）。
  • 采用标记-整理和复制算法，优先回收垃圾最多的区域（Garbage-First 策略）。
• 优点：
  • 可预测的停顿时间。
  • 适合大内存、低延迟场景。
• 缺点：
  • 实现复杂，调优难度较高。

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8. ZGC（Z Garbage Collector）

• 原理：
  • 基于并发标记和并发整理的算法。
  • 使用指针着色技术（Pointer Coloring）实现高效的并发回收。
• 优点：
  • 停顿时间极短（通常小于 10ms）。
  • 支持超大堆内存（TB 级别）。
• 缺点：
  • 需要较高的硬件资源支持。

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9. Shenandoah GC

• 原理：
  • 类似于 ZGC，采用并发标记和并发整理的算法。
  • 通过 Brooks 指针实现并发整理。
• 优点：
  • 停顿时间短。
  • 适合大内存、低延迟场景。
• 缺点：
  • 需要较高的硬件资源支持。

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总结

Java 中的垃圾回收算法主要包括：

• 标记-清除
• 复制算法
• 标记-整理
• 分代收集
• 增量收集
• CMS
• G1
• ZGC
• Shenandoah GC

不同的算法适用于不同的场景，JVM 会根据堆内存大小、应用性能需求等因素选择合适的垃圾回收器。