JVM 不同的垃圾收集算法分别有什么优缺点？

Java 虚拟机（JVM）的垃圾收集（Garbage Collection，GC）算法有多种，每种算法都有其自身的优缺点，适用于不同的场景。以下是几种常见的垃圾收集算法及其优缺点：

1. 标记-清除算法 (Mark-Sweep):

• 原理：
  1. 标记 (Mark): 从 GC Roots 开始，递归地标记所有可达对象。
  2. 清除 (Sweep): 遍历整个堆，清除未被标记的对象（垃圾对象），释放其占用的内存。
• 优点：
  • 实现简单： 算法思路比较简单。
  • 不需要移动对象： 清除阶段不需要移动对象，减少了开销。
• 缺点：
  • 产生内存碎片： 清除后会产生大量不连续的内存碎片，导致分配较大对象时可能需要提前触发 GC。
  • 效率问题： 标记和清除两个过程的效率都比较低。

2. 复制算法 (Copying):

• 原理：
  1. 将内存空间划分为两个相等的区域（例如，From 空间和 To 空间）。
  2. 每次只使用其中一个区域（例如，From 空间）。
  3. 当 From 空间满时，进行垃圾回收。
  4. 将 From 空间中存活的对象复制到 To 空间。
  5. 清除 From 空间中的所有对象。
  6. 交换 From 空间和 To 空间的角色。
• 优点：
  • 实现简单，运行高效： 只需要遍历存活对象，并将它们复制到另一个区域。
  • 不会产生内存碎片： 复制后对象是连续排列的。
• 缺点：
  • 浪费空间： 需要预留一半的内存空间用于复制。
  • 对象移动： 复制对象需要修改对象的引用，增加了开销（特别是对于大对象）。
• 适用场景：
  • 适用于存活对象较少、垃圾对象较多的场景（例如，新生代）。

3. 标记-整理算法 (Mark-Compact):

• 原理：
  1. 标记 (Mark): 从 GC Roots 开始，递归地标记所有可达对象。
  2. 整理 (Compact): 将所有存活对象移动到内存空间的一端，然后清理掉边界以外的内存。
• 优点：
  • 不会产生内存碎片： 整理后对象是连续排列的。
  • 充分利用内存： 不需要像复制算法那样预留空间。
• 缺点：
  • 效率较低： 需要移动对象，开销较大。
  • 需要“Stop The World”： 在标记和整理阶段，需要暂停所有用户线程。
• 适用场景：
  • 适用于存活对象较多、垃圾对象较少的场景（例如，老年代）。

4. 分代收集算法 (Generational Collection):

• 原理：
  • 将 Java 堆划分为不同的代（Generation），根据对象的生命周期采用不同的垃圾收集算法。
  • 新生代 (Young Generation): 存放新创建的对象。
    • 大多数对象在新生代被回收。
    • 使用复制算法进行垃圾回收 (Minor GC)。
    • 划分为 Eden 区和 Survivor 区 (From Survivor 和 To Survivor)。
  • 老年代 (Old Generation): 存放生命周期较长的对象，或大对象。
    • 使用标记-清除算法或标记-整理算法进行垃圾回收 (Major GC 或 Full GC)。
• 优点：
  • 针对性强： 根据对象的生命周期特点采用不同的垃圾收集算法，提高了垃圾回收效率。
  • 减少停顿时间： 新生代使用复制算法，Minor GC 的停顿时间通常较短。
• 缺点：
  • 实现复杂： 需要管理多个代，增加了算法的复杂性。
• 适用场景：
  • 适用于大多数 Java 应用程序。

HotSpot VM 中的垃圾收集器：

如何选择垃圾收集器：

• 吞吐量优先： Parallel Scavenge + Parallel Old
• 响应时间优先： CMS (老版本 JDK) 或 G1 (JDK 8+ 推荐) 或 ZGC/Shenandoah (JDK 11+)
• 小内存应用或客户端模式： Serial
• 大内存且需要低延迟: G1, ZGC, Shenandoah

总结：

不同的垃圾收集算法有不同的优缺点，适用于不同的场景。 HotSpot VM 提供了多种垃圾收集器，可以根据应用程序的特点和性能目标进行选择和配置。