JVM 垃圾回收算法有哪些？标记清除、复制和标记整理有什么区别？

知识点详解：同一排内存，用三种办法整理

先给三个算法一份相同的输入

假设一个简化内存区域，依次放着 A、B、C、D、E、F。为方便比较，假设每个对象占一个同样大的槽位。

已经通过存活判断知道 A、C、F 仍然需要保留，B、D、E 可以回收。

接下来不再重复 GC Roots 的定义，而是看怎样处理这片空间。真实堆对象大小不同，引用和并发也更复杂；这个假设只用于解释空间布局。

标记清除：把不需要的位置变成空闲

保留 A、C、F，把 B、D、E 占据的位置回收。

结果可能是：A、空位、C、两个连续空位、F。存活对象还在原来的位置，新的空闲块散落在它们中间。

如果现在要分配一个需要三个连续槽位的对象，总空闲量虽然有三个，却没有一段三个连续空位能直接满足它。

这就是外部碎片带来的问题。不是说所有空闲都不能用，也不是说采用清除就一定立刻分配失败；分配器还能管理不同大小空闲块，但碎片确实会影响可用性。

复制：把活对象放到另一片空间

先准备一片目标空间，把 A、C、F 复制过去，并更新相关引用，让程序之后找到新位置。

目标中变成 A、C、F 紧凑排列，后面留下连续空闲。来源中已经迁移的那部分对象不再需要按原布局保留，可以相应回收。

注意，复制的主线是迁移存活对象，不是把 B、D、E 这些死对象也搬过去，再在新空间重做一遍清理。Cornell 的复制回收讲解用来源与目标两区展示了这个关系。

如果活对象很少，迁移工作可能比较少；如果大部分对象都活着，需要搬的内容也会多。目标空间不足怎么办，同样要有实际收集器的处理办法。

经典半区模型预留两区轮换，便于教学，却不能扩展成“所有现代 JVM 的整个堆都只能使用一半”。

标记整理：在当前回收范围里集中存活对象

标记整理同样从 A、C、F 的存活集合出发，但通常不要求把整个范围按经典半区复制方式分成两个对等区域。

它要确定存活对象的新位置，移动它们，并处理引用更新。最后，存活对象集中到一端，后面形成较大的连续空闲区域。

Cornell CS4120 讲义区分了清除、整理与复制的基础过程。具体实现可以优化扫描次数与信息存放方式，不能把一种教学步骤说成所有 JVM 必须逐字照做。

因此，整理改善了碎片问题，但不是免费。移动数据、更新引用和协调正在运行的程序，都需要成本。

为什么新生代经常会讲复制，但不能只背口诀？

HotSpot GC 基础文档介绍了一个常见观察：很多对象的寿命较短。

如果某个区域中只有少量对象仍然活着，迁移少量存活对象再回收剩余空间，可能比较合适。但这是基于负载特征的策略，不是程序保证每个对象都短命。

长寿命对象多时，频繁搬动大量存活内容的收益可能下降。实际收集器还会处理跨区域引用、对象晋升、大对象等问题。

所以，面试可以先讲存活率怎样影响迁移量，再讲具体收集器。不要只背“年轻代复制、老年代清除”，就把所有版本和收集器都归进固定两格。

算法、分代、收集器和暂停，分别是哪一层？

基础算法描述怎样回收或迁移空间；分代描述根据对象寿命安排回收范围；具体收集器把这些办法和实现细节组合起来。

是否 Stop-The-World、哪些阶段并发执行、使用多少线程，则要看具体算法实现与阶段。不能从“叫标记”直接推导全程暂停，也不能从“并发收集器”推导从来没有暂停。

选择具体收集器时，先看实际暂停分布、分配速率、存活量和内存限制。背全名字不如说明当前瓶颈是什么，再提出可验证的调整。

本题用空间模型讲基础算法，不提供 TS/Python 小程序冒充 JVM GC 实现。模型可检查布局变化，不能据此证明实际收集器性能。

面试官继续追问

对象移动后，原来的引用会不会指向错地方？

收集器必须协调引用更新或通过具体访问机制处理迁移，不能把它画成对象搬走、引用永远留在原地。细节取决于收集器。

清除不用搬对象，就一定最快吗？

不一定。还要看标记、扫描、空闲管理和后续分配的成本。没有某种办法对所有负载都最快。

标记整理就完全不需要额外内存吗？

不能说完全不需要。它仍然可能需要标记与位置等辅助信息；只是空间安排不同于经典半区复制。

面试速记卡

• 本题起点：存活集合已确定，比较怎样释放和整理空间。
• 标记清除：回收死对象位置，存活对象不主动集中，可能留碎片。
• 复制：迁移活对象到目标空间，需要目标容量与引用处理。
• 标记整理：集中存活对象，改善连续空闲，但移动有成本。
• 层次：算法、分代、具体收集器与暂停阶段不能混成一个概念。