JVM 垃圾回收

垃圾回收算法

标记-清除算法（Mark and Sweep）

标记-清除算法分为两个阶段。在标记阶段，垃圾收集器会标记所有活动对象；在清除阶段，垃圾收集器会清除所有未标记的对象。标记-清除算法存在的问题是会产生内存碎片，从而影响后续的内存分配。

复制算法（Copying）

复制算法将内存分为两个区域，每次只使用其中一个区域。当一个区域被占满时，垃圾收集器会将所有活动对象复制到另一个区域中，然后清除原区域的所有对象。这种算法可以有效地避免内存碎片的问题，但是需要消耗更多的内存空间。

标记-整理算法（Mark and Compact）

标记-整理算法是在标记-清除算法的基础上进行改进的，它可以避免内存碎片的问题。在标记阶段，垃圾收集器会标记所有活动对象；在整理阶段，垃圾收集器会将所有活动对象移动到内存的一端，然后清除所有未标记的对象。

分代算法（Generational）

分代算法是一种优化算法，它根据对象的生命周期将内存分为不同的代。一般来说，新创建的对象往往比较短命，垃圾收集器会将这些对象放到年轻代中，而长生命周期的对象则会放到老年代中。在垃圾回收时，年轻代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法或标记-清除算法。这种算法可以有效地提高垃圾回收的效率。

分区算法（Region-based）

分区算法将内存分为多个区域，每个区域都有自己的垃圾回收器。这种算法可以充分利用多核 CPU 的性能，提高垃圾回收的效率。

引用计数算法

通过为每个对象维护一个引用计数器，记录指向该对象的引用数。当引用计数器为 0 时，该对象可以被清理。
该算法无法处理循环引用的情况，如果对象之间存在相互引用，但没有外部引用指向它们中的任何一个时这些对象无法被销毁。

可达性分析

通过分析对象之间的引用关系，确定哪些对象可以被程序访问，哪些对象已经不再需要并可以被垃圾回收器回收。Java 中使用可达性分析算法来进行垃圾回收，以确保内存被充分利用，同时避免内存泄漏和空间浪费。
可达性分析的过程通常由垃圾回收器自动完成，其基本思路是从一组根对象（如线程栈、静态变量等）开始，递归遍历所有对象，并标记所有可达对象。未标记的对象则被认为是不可达对象，可以被垃圾回收器回收。

垃圾回收器

Serial 垃圾回收器

单线程的垃圾回收器（在多核 CPU 的环境中，如果使用 Serial 垃圾回收器，那么只能使用一个 CPU 核心来执行垃圾回收操作，其他 CPU 核心则处于空闲状态，无法充分利用 CPU 的性能）
使用标记-清除算法进行垃圾回收。
Serial 垃圾回收器适用于内存较小的环境或者只有单个 CPU 核心的环境。

Parallel 垃圾回收器

多线程的垃圾回收器
标记-清除算法进行垃圾回收
适用于多核 CPU 的环境，可以充分利用多核 CPU 的性能。

CMS 垃圾回收器

并发的垃圾回收器，它可以在应用程序运行的同时进行垃圾回收。
适用于对响应时间要求较高的应用程序
可能会产生内存碎片。（由于采用了标记-清除算法，CMS 垃圾回收器无法像复制算法或标记-整理算法那样将内存整理成连续的空间。因此，清除之后，内存中会留下很多不连续的小块空间，这些空间称为内存碎片。）

G1 垃圾回收器（JDK8）

基于分代的垃圾回收器
可以在多核 CPU 的环境下并发执行垃圾回收。
适用于大内存的应用程序
避免内存碎片的问题。

分区：G1 垃圾回收器将整个堆内存分成多个大小相等的区域（Region），每个区域都可以独立地进行垃圾回收操作。这样，在进行垃圾回收时，可以同时并发执行多个区域的垃圾回收操作，从而充分利用多核 CPU 的性能。

并发标记和整理：G1 垃圾回收器采用了一种称为“并发标记和整理（Concurrent Marking and Compacting）”的算法，可以在应用程序运行的同时，对垃圾进行标记和整理。该算法允许垃圾回收器在多个 CPU 核心上并发执行标记和整理操作，从而提高垃圾回收的效率。

ZGC（Z Garbage Collector）垃圾回收器 (JDK 15)

低延迟：ZGC 垃圾回收器可以实现几乎无停顿的垃圾回收，最长的垃圾回收时间不超过几毫秒。这对于对实时性要求较高的应用程序非常重要。

高吞吐量：尽管 ZGC 垃圾回收器的主要目标是低延迟，但它也具有较高的吞吐量，可以处理大量的垃圾数据。

可扩展性：ZGC 垃圾回收器可以处理非常大的堆内存，支持多个 CPU 核心并行执行垃圾回收操作。

分代收集：ZGC 垃圾回收器采用分代收集策略，可以根据对象的生命周期将堆内存分为不同的代，对于不同代采用不同的垃圾回收策略。

内存压缩：ZGC 垃圾回收器可以在垃圾回收过程中对内存进行压缩，从而减少内存的碎片化。

内存碎片

内存碎片会影响后续的内存分配。当应用程序需要分配一块大的连续内存时，由于内存中存在很多小的不连续空间，无法满足分配要求导致内存分配失败。

CMS 垃圾回收器采用 空闲列表（Free List） 机制来维护内存碎片。
空闲列表是一种链表结构，用于记录内存中空闲的小块空间。当应用程序需要分配内存时，CMS 垃圾回收器会遍历空闲列表，找到一块足够大的空间来分配给应用程序。虽然空闲列表可以缓解内存碎片的问题，但是它也会带来额外的开销和复杂性