面试题答案
一键面试堆内存分代模型
- 新生代：
- 新创建的对象通常首先分配在新生代。它又分为一个较大的Eden区和两个较小的Survivor区（一般称为From Survivor和To Survivor）。大多数对象在Eden区中创建，当Eden区满时，会触发Minor GC，存活的对象会被移动到其中一个Survivor区（如From Survivor）。
- 在后续的Minor GC中，Eden区和From Survivor区中存活的对象会被复制到To Survivor区，然后From Survivor区被清空。From Survivor区和To Survivor区角色互换，如此反复。当对象在Survivor区熬过一定次数的GC后，会晋升到老年代。
- 老年代：
- 存放经过多次Minor GC后依然存活的对象，这些对象生命周期较长。老年代空间一般比新生代大，因为对象晋升到老年代后通常不会轻易被回收。
- 永久代（Java 8之前）/元空间（Java 8及之后）：
- 永久代（Java 8之前）：存储类元数据、常量池等信息。由于其大小在JVM启动时就基本固定，容易出现内存溢出问题。
- 元空间（Java 8及之后）：使用本地内存，不再受JVM堆大小限制，能动态扩展，减少了OOM（OutOfMemoryError）的风险。主要存放类的元数据等。
不同代采用的垃圾回收算法
- 新生代垃圾回收算法：
- 复制算法：在新生代采用复制算法。因为新生代对象具有朝生夕灭的特点，存活对象较少。复制算法将内存分为两块，每次只使用其中一块，当这块内存满时，将存活对象复制到另一块，然后清空当前使用的内存块。在新生代中，Eden区和Survivor区的设计就是基于复制算法思想，将存活对象在Eden区、Survivor区之间复制移动，实现垃圾回收。这种算法简单高效，不会产生内存碎片。
- 老年代垃圾回收算法：
- 标记 - 清除算法：该算法分为标记和清除两个阶段。首先标记出所有需要回收的对象，然后统一回收所有被标记的对象。但是它会产生大量不连续的内存碎片，导致后续大对象可能无法分配到足够的连续内存空间。
- 标记 - 整理算法：在标记 - 清除算法基础上，后续增加了整理阶段，将存活对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存，解决了内存碎片问题，但由于涉及对象移动，效率相对较低。老年代对象存活率高，移动对象成本高，所以标记 - 整理算法在老年代使用相对合适。同时，在一些垃圾回收器中，也会结合标记 - 清除算法来提高回收效率。
- CMS（Concurrent Mark Sweep）算法：是一种以获取最短回收停顿时间为目标的老年代垃圾回收算法。它的主要过程包括初始标记（STW，Stop The World，暂停用户线程）、并发标记、重新标记（STW）、并发清除。初始标记和重新标记阶段会短暂停顿用户线程，并发标记和并发清除阶段与用户线程并发执行，尽量减少对应用程序的影响。但它会产生内存碎片，并且在并发清除阶段如果有新对象分配到老年代且空间不足时，可能会触发Full GC。
- G1（Garbage - First）算法：在老年代采用的是标记 - 整理算法。G1将整个堆划分为多个大小相等的Region，把堆看成是Region的集合。在回收时，优先回收垃圾最多的Region（这也是G1名字的由来）。在老年代回收过程中，它通过标记存活对象，然后将存活对象移动到其他Region，实现内存整理，减少内存碎片。
这样设计的原因
- 分代设计原因：
- 提高回收效率：不同生命周期的对象分开管理，针对不同代的特点采用不同的垃圾回收算法。新生代对象生命周期短，朝生夕灭，采用复制算法能高效回收垃圾。老年代对象存活率高，采用适合处理存活率高对象的算法，如标记 - 整理等算法，避免频繁复制对象带来的高开销。
- 优化内存管理：分代模型使得内存管理更加精细化。新生代的频繁回收可以快速释放空间，老年代的稳定管理可以避免大对象频繁分配和回收带来的性能问题。同时，永久代/元空间存放类元数据等，与对象存储分开，有利于管理和维护。
- 垃圾回收算法选择原因：
- 新生代：复制算法适合新生代对象存活率低的特点，能快速回收垃圾，且不会产生内存碎片，保证内存的连续性，有利于新对象的快速分配。
- 老年代：老年代对象存活率高，移动对象成本高。标记 - 清除算法简单，但会产生内存碎片；标记 - 整理算法解决了内存碎片问题，虽然效率相对低些，但适合老年代情况。CMS算法追求低停顿时间，适合对停顿敏感的应用场景；G1算法将堆分区，能更好地控制停顿时间，并有效处理内存碎片问题，满足现代应用对垃圾回收的高性能要求。