JVM 垃圾回收（GC）算法的核心目标是精准识别堆中无用对象并回收其内存，同时兼顾回收效率、内存利用率和停顿时间。算法的演变围绕「标记 - 清理 - 整理」的核心思路展开，分为4 种基础算法、1 种组合策略（分代收集）和1 种进阶分区算法，不同算法适配不同的内存分代 / 场景，以下是详细拆解：
一、基础垃圾回收算法（4 种核心）
这是 GC 的底层基础逻辑，所有复杂收集器均基于这些算法组合 / 优化。
| 算法类型 | 核心步骤 | 核心优点 | 核心缺点 | 适用区域 / 典型收集器 |
|---|---|---|---|---|
| 标记 - 清除（Mark-Sweep） | 1. 标记：通过可达性分析标记所有存活对象；2. 清除：遍历堆，回收未标记的垃圾对象 | 实现简单、不移动对象 | 1. 内存碎片严重；2. 效率低（遍历全堆） | 老年代 / CMS 收集器 |
| 复制算法（Copying） | 1. 划分：将内存分为 2 块（新生代优化为 Eden:S0:S1=8:1:1）；2. 复制：用满后标记存活对象，复制到空闲区域；3. 清空：销毁原区域所有内存 | 1. 无内存碎片；2. 效率高（仅处理存活对象） | 内存利用率低（原始 1:1，优化后 90% 可用） | 新生代 / SerialGC、ParallelGC |
| 标记 - 整理（Mark-Compact） | 1. 标记：同标记 - 清除；2. 整理：将所有存活对象移动到内存一端（地址连续）；3. 清除：回收边界外的所有内存 | 1. 无内存碎片；2. 内存利用率 100% | 效率低（移动对象 + 更新引用） | 老年代 / G1（老年代）、Serial Old |
| 标记 - 删除（Mark-Delete） | （非主流，仅嵌入式 JVM 使用）标记后直接删除垃圾对象，不整理 | 实现极简 | 碎片极严重、仅适配小内存 | 极小内存场景 / 嵌入式 JVM |
关键补充（基础算法）：
- 标记 - 清除：是最早期算法，CMS 收集器为优化其效率，将 “清除” 拆分为 “初始标记→并发标记→重新标记→并发清除”，减少 STW（停止世界）时间；
- 复制算法：新生代的核心优化（8:1:1）是因为 “对象朝生夕死”，Eden 区满时仅需复制少量存活对象到 Survivor 区，利用率从 50% 提升到 90%；
- 标记 - 整理：是老年代的 “终极选择”，虽效率低，但能避免碎片导致的频繁 Full GC。
二、组合策略：分代收集算法（Generational Collection）
这不是独立算法，而是基于「分代假说」的组合策略，是 JVM 默认的 GC 核心逻辑。
1. 分代假说（核心依据）
- 假说 1：绝大多数对象 “朝生夕死”（新生代对象存活时间极短，回收频率高）；
- 假说 2：存活对象会逐渐晋升到老年代（老年代对象存活时间长，回收频率低）。
2. 核心实现
- 新生代：用「复制算法」（存活对象少，复制成本低，无碎片）；
- 触发 Minor GC：Eden 区满时，复制存活对象到 S0 区；下次 Minor GC 复制到 S1 区，多次存活后晋升老年代；
- 老年代：用「标记 - 清除」或「标记 - 整理」（存活对象多，复制成本高，优先避免移动对象）；
- 触发 Major GC/Full GC：老年代空间不足时，回收老年代（Full GC 会同时回收新生代 + 老年代）。
3. 优势
兼顾 GC 效率和内存利用率：新生代用复制保证快回收，老年代用标记 - 清除 / 整理避免内存浪费。
三、进阶算法：分区收集算法（Region-Based）
为解决 “大内存场景（堆> 4G）下 STW 时间过长” 的问题，衍生出的分区策略，代表是 G1、ZGC、Shenandoah。
1. 核心思路
- 将整个堆划分为多个大小相等的独立 Region（默认 1~32MB）；
- 每个 Region 可动态标记为 Eden、Survivor、Old 类型（打破传统 “新生代 / 老年代物理隔离”）；
- 优先回收「垃圾占比最高的 Region」（Garbage-First，G1 名称由来），减少单次 GC 的停顿时间。
2. 实现逻辑（以 G1 为例）
- 标记：遍历所有 Region，标记存活对象；
- 筛选：计算每个 Region 的垃圾占比，排序出 “收益最高” 的 Region（回收后释放内存最多）；
- 回收：对选中的 Region，用「复制算法」将存活对象复制到空闲 Region，清空原 Region；
- 整理：老年代 Region 回收后自动整理，避免碎片。
3. 核心优势
- 可控停顿：可设置最大 STW 时间（如
-XX:MaxGCPauseMillis=200），JVM 自动调整回收的 Region 数量； - 适配大内存：堆内存从几 G 到上百 G 均可高效回收（ZGC/Shenandoah 甚至支持 TB 级堆）；
- 全堆统一管理：打破新生代 / 老年代的物理隔离，回收更灵活。
四、核心总结
- 算法演变逻辑：标记 - 清除（碎片多）→ 复制（无碎片但浪费）→ 标记 - 整理（无碎片不浪费）→ 分代（组合适配）→ 分区（大内存优化）；
- 核心适配原则：
- 新生代（对象存活率低）→ 复制算法；
- 老年代（对象存活率高）→ 标记 - 清除 / 标记 - 整理；
- 大内存场景→ 分区算法（G1/ZGC）；
- 实际收集器的算法组合：
- SerialGC：新生代复制 + 老年代标记 - 整理；
- CMS：老年代标记 - 清除（并发）；
- G1：全堆分区 + 新生代复制 + 老年代标记 - 整理。
如果需要，可补充「各 GC 算法对应的 JVM 参数配置」或「算法性能对比（吞吐量 / 停顿时间）」，方便实战调优。
