GC算法总结:标记-清除、复制、整理的区别与联系

老丽姑娘_2296

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2026-06-24

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原创

标记-清除、复制、整理本质都是基于根可达性分析识别垃圾后,解决“如何腾出连续空间”问题的不同策略:标记阶段完全一致,清除直接释放未标记内存但产生碎片,复制通过双区搬运避免碎片适用于新生代,整理则移动存活对象消除碎片适用于老年代。

gc算法总结:标记-清除、复制、整理的区别与联系

标记-清除、复制、整理这三种算法,本质都是为了解决同一个问题:在不干扰程序运行的前提下,准确识别并回收垃圾对象,同时兼顾内存利用率和停顿时间。它们共享“根可达性分析”这一前提——都从GC Roots(如栈中局部变量、静态字段、JNI引用)出发,判断对象是否存活;区别在于“怎么腾出连续可用空间”。

标记阶段完全一致,是所有算法的共同起点

无论后续走哪条路,第一步永远是标记:遍历对象图,把所有能从GC Roots到达的对象打上标记(常用三色标记法:白=未访问,灰=已访问但子节点未处理,黑=已访问且子节点全处理)。这一步决定了“哪些不能动”,是后续所有操作的基础。漏标会导致对象被误删(严重bug),误标则浪费内存——所以并发标记时必须靠写屏障等机制保正确性。

清除:最轻量,但留下碎片

标记完成后,直接扫描堆,把所有未标记的内存块释放掉,不移动任何存活对象。

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  • 优点:实现简单,STW时间短,适合对延迟敏感但能容忍碎片的场景(如CMS早期版本)
  • 缺点:大量不连续空闲块,大对象分配易失败,可能触发额外Full GC
  • 典型应用:CMS收集器的老年代回收(配合预留空间缓解碎片)

复制:用一半空间换零碎片和低延迟

把内存划成两块(如Eden + Survivor),每次只用其中一块;GC时,把当前区的存活对象全部复制到另一块空区,再清空原区。

  • 优点:天然无碎片,内存分配只需移动指针(bump-the-pointer),极快;特别适合新生代——对象朝生夕灭,复制成本低
  • 缺点:空间利用率只有50%(除非动态调整Survivor比例),若存活对象太多(比如一次Minor GC后存活率超50%),会触发“To空间溢出”,退化为其他策略
  • 典型应用:所有主流JVM新生代默认策略(Serial、Parallel、G1的Young GC)

整理:牺牲时间换空间连续性

在清除前,先把所有存活对象往内存一端紧凑排列,再清理边界外的区域。

  • 优点:既回收垃圾,又消除碎片,剩余空间完全连续,适合大对象长期驻留的老年代
  • 缺点:必须移动对象,且要更新所有指向这些对象的引用(包括栈、寄存器、其他对象字段),STW时间长;无法并发执行
  • 典型应用:Serial Old、Parallel Old收集器的老年代回收;ZGC/Shenandoah通过读屏障+并发转移实现近似效果,但底层逻辑仍属整理思想

不复杂但容易忽略:选择哪种算法,从来不是看“谁更先进”,而是看它服务的内存区域特点——新生代重速度与低延迟,选复制;老年代重空间利用率与稳定性,选整理;而清除,是在权衡之后对停顿极度敏感时的折中方案。

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