面试题：Java垃圾回收机制中常见的垃圾回收算法有哪些及简要原理

Question

请阐述Java垃圾回收机制里，如标记-清除、复制、标记-整理等常见垃圾回收算法的基本原理，并说明它们各自的优缺点。

Answer 1

标记 - 清除算法

1. 基本原理：
   • 标记阶段：垃圾回收器从根对象（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内存空间。
2. 优点：
   • 实现简单，不需要额外复杂的数据结构和算法，直接对堆内存进行两次遍历操作。
   • 对于难以进行对象移动的场景（如存在指针指向对象内部特定位置等情况）较为适用。
3. 缺点：
   • 空间碎片化：回收后会产生大量不连续的内存碎片，当后续需要分配大对象时，可能无法找到足够连续的内存空间，即使总的空闲内存足够，也可能导致提前触发垃圾回收。
   • 效率问题：标记和清除两个阶段的效率都不高，尤其是当堆内存很大时，遍历整个堆的开销较大。

复制算法

1. 基本原理：
   • 将堆内存划分为两块大小相等的区域，每次只使用其中一块（称为From空间）。
   • 当From空间快满时，垃圾回收器从根对象开始遍历，标记所有可达对象，并将这些可达对象复制到另一块区域（称为To空间），同时保持对象之间的相对顺序。
   • 复制完成后，直接清理From空间，此时From空间和To空间角色互换，原来的To空间成为新的From空间，原来的From空间成为新的To空间。
2. 优点：
   • 高效：只需对存活对象进行复制操作，相比标记 - 清除算法，不需要对整个堆进行两次遍历，尤其是在对象存活率较低的情况下，效率较高。
   • 不会产生内存碎片：因为是将存活对象紧凑地复制到另一块空间，所以内存是连续的，后续分配大对象时不会因为内存碎片化而出现问题。
3. 缺点：
   • 空间浪费：堆内存需要划分成两块，只有一半的空间能被实际使用，造成了空间利用率的降低。
   • 对象存活率高时效率低：如果存活对象较多，复制操作的开销会很大，因为需要复制大量对象到另一块空间，这会消耗较多的时间和资源。

标记 - 整理算法

1. 基本原理：
   • 标记阶段：与标记 - 清除算法类似，从根对象开始遍历，标记所有可达对象。
   • 整理阶段：将所有存活对象（即被标记的对象）向一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存空间，使存活对象占用的内存紧凑，且后续内存空间为连续的空闲空间。
2. 优点：
   • 解决内存碎片化问题：通过移动存活对象，使内存空间连续，避免了标记 - 清除算法产生的内存碎片问题，有利于后续大对象的分配。
   • 空间利用率高：相比复制算法，不需要将堆内存划分成两块，空间利用率更高，特别是在对象存活率较高的场景下，优势明显。
3. 缺点：
   • 效率相对较低：整理阶段移动对象的操作比较复杂，需要调整对象的引用关系，并且移动对象的开销较大，尤其是在对象数量较多时，会影响垃圾回收的效率。
   • 实现复杂度较高：相比标记 - 清除算法，需要额外处理对象移动和引用关系调整等逻辑，实现起来更加复杂。