面试题：Java垃圾回收机制中，简述常见的垃圾回收算法及其特点

Question

请阐述标记 - 清除算法、复制算法、标记 - 整理算法以及分代收集算法在Java垃圾回收机制中的工作原理，并且分析它们各自的优缺点。

Answer 1

标记 - 清除算法

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）所占用的内存空间。
2. 优点：
   • 实现简单，不需要额外的空间进行复制操作。
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到足够连续的内存空间。
   • 效率问题：标记和清除两个阶段都需要遍历堆内存，效率较低。

复制算法

1. 工作原理：
   • 将内存分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。
   • 当这一块内存使用完，进行垃圾回收时，将存活对象复制到另一块空闲内存中，然后将使用过的内存空间一次性清理掉。
2. 优点：
   • 高效：只需要复制存活对象，并且清理内存空间简单，效率较高。
   • 不会产生内存碎片：因为存活对象是连续复制到新的内存区域，保证了内存的连续性。
3. 缺点：
   • 空间浪费：内存被分为两块，每次只能使用一半，造成了空间的浪费。

标记 - 整理算法

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：将所有存活对象向内存一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存空间。
2. 优点：
   • 解决内存碎片问题：通过移动存活对象，保证了内存的连续性，避免了因内存碎片导致的分配问题。
   • 空间利用率高：相比于复制算法，不需要预留一半的空间。
3. 缺点：
   • 效率较低：整理阶段需要移动对象，涉及对象地址的改变，相对标记 - 清除算法的清除阶段更为复杂，效率较低。

分代收集算法

1. 工作原理：
   • 根据对象存活周期的不同将堆内存分为不同的代（如新生代、老年代）。
   • 新生代：对象通常存活时间较短，采用复制算法进行垃圾回收。因为新生代中每次垃圾回收都有大量对象死亡，少量存活，复制算法可以高效地处理这种情况。
   • 老年代：对象存活时间较长，对象数量相对稳定，采用标记 - 清除算法或者标记 - 整理算法。因为老年代对象移动成本较高，标记 - 清除算法或标记 - 整理算法更适合。
2. 优点：
   • 提高回收效率：根据对象的不同特性采用不同的回收算法，提高了整体的垃圾回收效率。
   • 合理利用资源：避免了对整个堆内存采用单一算法带来的性能和空间问题。
3. 缺点：
   • 复杂度增加：分代以及不同代采用不同算法，增加了垃圾回收机制的复杂度。