面试题：JVM 新生代垃圾回收如何避免全堆扫描？

在 JVM 中，新生代垃圾回收主要通过分代收集算法来避免全堆扫描。具体来说，JVM 将堆内存分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），新生代又分为 Eden 区、Survivor 0 区和 Survivor 1 区。新生代垃圾回收（Minor GC）主要针对新生代进行回收，避免了对整个堆的扫描。

以下是新生代垃圾回收避免全堆扫描的关键机制：

1. 分代假设

• 弱分代假设：大多数对象都是朝生夕死的，生命周期很短。
• 强分代假设：经历多次垃圾回收后仍然存活的对象，大概率会继续存活。

基于这些假设，JVM 将堆内存分为新生代和老年代，新生代中的对象生命周期较短，垃圾回收频率较高，而老年代中的对象生命周期较长，垃圾回收频率较低。

2. 新生代的内存布局

• Eden 区：新创建的对象首先分配在 Eden 区。
• Survivor 区：经过一次 Minor GC 后存活的对象会被移动到 Survivor 区（S0 或 S1）。
• 老年代：经过多次 Minor GC 后仍然存活的对象会被晋升到老年代。

由于新生代只占整个堆内存的一小部分，Minor GC 只需要扫描和回收新生代，而不需要扫描整个堆。

3. 复制算法（Copying Algorithm）

• 新生代垃圾回收通常使用复制算法。该算法将新生代分为 Eden 区和两个 Survivor 区（S0 和 S1）。
• 在 Minor GC 时，存活的对象从 Eden 区和其中一个 Survivor 区复制到另一个 Survivor 区，然后清空 Eden 区和之前的 Survivor 区。
• 由于复制算法只处理存活的对象，而不需要处理死亡的对象，因此效率较高，且不需要扫描整个堆。

4. 卡表（Card Table）

• 为了处理老年代对象引用新生代对象的情况，JVM 使用卡表来记录老年代中哪些内存块包含对新生代对象的引用。
• 在 Minor GC 时，JVM 只需要扫描卡表中标记的内存块，而不需要扫描整个老年代，从而避免全堆扫描。

5. 写屏障（Write Barrier）

• 当老年代中的对象引用新生代对象时，JVM 会通过写屏障机制更新卡表，确保在 Minor GC 时能够快速找到这些引用。
• 写屏障是一种在对象引用更新时触发的机制，用于维护卡表的正确性。

总结

通过分代收集、复制算法、卡表和写屏障等机制，JVM 在新生代垃圾回收时能够避免全堆扫描，只专注于新生代的回收，从而提高了垃圾回收的效率。这种设计使得 Minor GC 的停顿时间较短，适合处理大量短生命周期对象的场景。