面试题：Java中常见垃圾回收算法的特点及效率差异

Question

请简要介绍Java中标记 - 清除（Mark - Sweep）、标记 - 整理（Mark - Compact）和复制（Copying）这三种常见垃圾回收算法，并分析它们在不同场景下的效率差异。

Answer 1

标记 - 清除（Mark - Sweep）算法

1. 工作原理：
   • 标记阶段：从根对象（如栈中的引用、静态变量等）开始遍历，标记所有可达对象。
   • 清除阶段：遍历堆内存，回收所有未被标记的对象（即不可达对象）所占用的空间。
2. 优点：实现简单，不需要额外的空间进行对象复制。
3. 缺点：
   • 空间碎片化：回收后会产生大量不连续的内存碎片，可能导致后续大对象无法分配足够连续的内存空间。
   • 效率问题：标记和清除过程都需要遍历堆内存，效率相对较低。
4. 适用场景：适合对象存活率较低，且对空间碎片不太敏感的场景，例如新生代中对象通常存活时间短，可采用此算法。

标记 - 整理（Mark - Compact）算法

1. 工作原理：
   • 标记阶段：与标记 - 清除算法相同，从根对象开始标记所有可达对象。
   • 整理阶段：将所有可达对象向内存一端移动，然后直接清除边界以外的内存，使得存活对象紧密排列。
2. 优点：
   • 解决空间碎片化：通过整理内存，避免了空间碎片化问题，有利于后续大对象的分配。
3. 缺点：
   • 效率问题：整理过程需要移动对象，成本较高，特别是在对象数量较多时，移动对象的开销较大。
4. 适用场景：适合对象存活率较高的场景，如老年代，对象存活时间长，使用标记 - 整理算法可以有效避免空间碎片化。

复制（Copying）算法

1. 工作原理：
   • 将内存分为两块大小相等的区域，每次只使用其中一块。当这块区域内存满时，将存活对象复制到另一块区域，然后清空当前使用的区域。
2. 优点：
   • 高效：只需要复制存活对象，清除操作简单，直接清空原区域即可，速度快。
   • 不会产生碎片：复制后的对象在新区域是连续存放的。
3. 缺点：
   • 空间浪费：需要两倍的内存空间来实现，实际可用内存只有一半。
4. 适用场景：适合对象存活率低的场景，如新生代，大多数对象在短时间内就会死亡，复制算法可以高效地回收空间。

效率差异分析

1. 新生代：由于对象存活率低，复制算法效率较高，它可以快速复制少量存活对象并清理空间。标记 - 清除算法也可适用，但可能产生碎片。标记 - 整理算法因移动对象开销大，在新生代不太适用。
2. 老年代：对象存活率高，标记 - 整理算法更合适，虽然移动对象开销大，但能解决碎片问题。标记 - 清除算法会产生大量碎片，效率和可用性都降低。复制算法因空间浪费严重，在老年代不适用。