Java虛擬機（JVM）中的垃圾收集算法主要分為以下幾種：

1. 標記-清除算法（Mark-Sweep）
2. 復制算法（Copying）
3. 標記-整理算法（Mark-Compact）
4. 分代收集算法（Generational Collecting）
5. G1垃圾收集器（Garbage-First）
6. ZGC（Z Garbage Collector）
7. Shenandoah垃圾收集器

1. 標記-清除算法（Mark-Sweep）

原理：

• 標記階段：從根對象開始，遍歷整個對象圖，標記所有被引用的對象。
• 清除階段：遍歷整個堆，清除未被標記的對象，釋放其內存。

優點：

• 直觀，簡單，適用于任何對象圖。

缺點：

• 內存碎片化嚴重，因為清除階段并不移動對象，導致堆中可能有大量不連續的可用空間，產生內存碎片。
• 標記和清除階段都需要掃描整個堆，效率較低。
• GC的時候需要停止整個應用程序，用戶體驗不好
  

2. 復制算法（Copying）

原理：

• 將堆分為兩個等大的區域，每次只使用其中一個。當活動對象達到一定比例時，將活動對象復制到另一個區域，然后清空當前區域。
• 復制過程中保留活動對象，并保持對象的相對位置不變。

優點：

• 沒有內存碎片問題，因為每次都會在一個新的區域中重新排列對象。
• 分配速度快，只需分配指針移動。

缺點：

• 需要兩倍的內存空間，因為要維持兩個區域。
• 對于存活率高的對象，復制成本高。
• 只適用于存活對象少的情況/頻繁消亡的情況（非常適合新生代）
  

3. 標記-整理算法（Mark-Compact）

原理：

• 標記階段：與標記-清除算法相同。
• 整理階段：將所有存活的對象壓縮到堆的一端，保持空間的連續性，然后清理邊界以外的內存。

優點：

• 消除內存碎片問題，因為對象都被壓縮到一端，剩余空間連續。
• 在整理階段減少了內存分配的復雜度，消除了復制算法翻倍消耗內存的缺點。

缺點：

• 整理階段涉及大量對象移動，可能會導致較高的性能開銷。
• 效率其實不如復制算法，在對象移動后，其他地方引用了該對象的話，還需要同步修改對象的引用地址
  

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前面所有這些算法中，并沒有一種算法可以完全替代其他算法，它們都具有自己獨特的優勢和特點。分代收集算法應運而生。

分代收集算法：是基于這樣一個事實:不同的對象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。一般是把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據各個年代的特點使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。

在Java程序運行的過程中，會產生大量的對象，其中有些對象是與業務信息相關，比如Http請求中的Session對象、線程、Socket連接，這類對象跟業務直接掛鉤，因此生命周期比較長。但是還有一些對象，主要是程序運行過程中生成的臨時變量，這些對象生命周期會比較短，比如:string對象，由于其不變類的特性，系統會產生大量的這些對象，有些對象甚至只用一次即可回收。

4. 分代收集算法（Generational Collecting）

詳情請移步堆篇章
JVM之【運行時數據區2——堆】
原理：

• 將堆劃分為不同的代（一般為年輕代和老年代）。
• 年輕代使用復制算法，老年代使用標記-清除或標記-整理算法。
• 依據“弱分代假說”，大多數對象很快就會死亡。

優點：

• 優化了垃圾收集的效率，因為年輕代對象存活率低，收集速度快。
• 減少了老年代垃圾收集的頻率。

缺點：

• 需要復雜的調優工作，以確定代大小和收集策略。
• 在年輕代和老年代之間的對象移動可能會產生額外的開銷。

5. 分區收集算法/G1垃圾收集器（Garbage-First）

• 一般來說，在相同條件下，堆空間越大，一次Gc時所需要的時間就越長，有關GC產生的停頓也越長。為了更好地控制GC產生的停頓時間，將一塊大的內存區域分割成多個小塊，根據目標的停頓時間，每次合理地回收若干個小區間，而不是整個堆空間，從而減少一次GC所產生的停頓。
• 分代算法將按照對象的生命周期長短劃分成兩個部分，分區算法將整個堆空間劃分成連續的不同小區間。
• 每一個小區間都獨立使用，獨立回收。這種算法的好處是可以控制一次回收多少個小區間。

原理：

• 將堆分為多個區域（regions），分別處理，優先回收垃圾最多的區域。
• 結合了標記-清除和標記-整理算法，適用于大堆的垃圾收集。

優點：

• 低暫停時間，適合大堆應用。
• 可以并行和并發進行垃圾收集，提升性能。

缺點：

• 相對較復雜的實現和調優。
• 在某些情況下，性能可能不如其他收集器。

6.Shenandoah垃圾收集器

原理：

• 以并發標記和并發整理為基礎，最小化垃圾收集對應用線程的影響。
• 使用并發壓縮技術減少停頓時間。

優點：

• 低停頓時間，適合延遲敏感應用。
• 高效處理大堆內存。

缺點：

• 復雜的實現和調優。
• 性能可能受限于特定的硬件和JVM版本。

總結

不同垃圾收集算法和垃圾收集器各有優缺點，應根據具體應用需求和硬件環境選擇合適的垃圾收集策略。標記-清除和復制算法比較基礎，適用于小型或簡單應用；分代收集算法適用于大多數常規應用；G1、Shenandoah更適合大內存、低延遲的高性能應用。