第三章 常见 GC 算法：标记-清除、复制、标记-整理、分代

说到 GC 算法，很多人能背出名字，但一问到“到底怎么工作的”，就容易卡壳。我早年调优一个社交 App 时，就因为不清楚标记-清除的碎片问题，踩了个大坑。今天咱们把这几种算法掰开揉碎了聊一遍。

3.1 标记-清除算法

原理：分两步走——先标记所有可达对象，再统一清除不可达对象。说白了就是先把该留的做个记号，然后把这些记号以外的内存全回收。

优点：实现简单，不移动对象，对老年代友好。

缺点：两个问题我最头疼——

• 效率不稳定：标记和清除都要全堆扫描，堆越大越慢。
• 内存碎片化：回收完留下一堆小空隙，下次分配一个大对象可能直接 OOM。我遇到过线上服务因为碎片触发连续 Full GC，帧率直接掉到个位数。

3.2 复制算法

原理：把内存分成两块（比如 From 和 To），只用其中一块。回收时把存活对象一股脑儿复制到另一块，然后清空当前块。你想想看，这么一来交换角色后，内存就是连续的了。

优点：没有碎片，分配只需移动指针，速度极快。

缺点：空间浪费一半（留着一块啥也不干）。我早期觉得太浪费，后来发现对于朝生夕死的对象（比如临时变量），复制算法效率真的高。

3.3 标记-整理算法

这个可以看作是标记-清除的升级版。标记完后不急着清除，而是把存活对象往一端搬，搬完再清理边界之外的空间。

核心思路：既解决碎片问题，又不浪费空间。不过搬移对象的成本很高。

• 适合老年代：老年代对象存活率高，搬移次数少，整体还能接受。
• STW 时间长：因为要一边搬一边更新引用，暂停时间会比复制算法长一些。

3.4 分代收集算法

现在所有主流 JVM 都没用单一的算法，而是分代收集——根据对象存活周期把堆分成新生代和老年代。

• 新生代：对象死得快，用复制算法。Minor GC 效率极高，一次几十毫秒。
• 老年代：对象活得久，用标记-整理或标记-清除。Major GC 频率低，但单次耗时可能上百毫秒。

为什么这样分？因为 80% 的对象都是“朝生夕死”。我刚开始不明白，直到实测发现新生代 GC 后对象存活率通常不到 5%，复制算法的浪费其实很少。

算法	碎片问题	空间利用率	GC 耗时特点	常用区域
标记-清除	严重	高	STW 时间随存活对象比例增长	老年代（配合 CMS）
复制算法	无	低（50%）	STW 短，随存活对象数量增长	新生代
标记-整理	无	高	STW 长，随堆总大小增长	老年代（G1 的 mixed GC）
分代收集	综合	综合最优	各代独立，整体可控	所有区域

3.5 知识点图谱

下面这张图把四种算法之间的关系、优缺点梳理清楚，大家存一下，面试和调优都能用上。