我用通俗易懂的方式介绍一下GC算法，包括标记-清除、复制、标记-整理、分代收集
把 Java 堆想象成一个巨大的 "停车场"，里面停满了各种 "车辆"（也就是对象）。有些车是 "正在使用的"（可达对象），有些车是 "废弃的"（垃圾对象）。GC 算法就是不同的 "清障车" 工作模式，它们的目标都是：高效地把废弃的车辆清理掉，腾出空间给新的车辆停放。
目录
- [一、算法一：标记 - 清除（Mark-Sweep）](#一、算法一：标记 - 清除（Mark-Sweep）)
- 二、算法二：复制（Copying）
- [三、算法三：标记 - 整理（Mark-Compact）](#三、算法三：标记 - 整理（Mark-Compact）)
- [四、算法四：分代收集（Generational Collection）](#四、算法四：分代收集（Generational Collection）)
一、算法一：标记 - 清除（Mark-Sweep）
比喻：按名单找车，然后直接拖走。
这是最基础、最直接的一种算法，分为两步：
标记（Mark）：清障队拿着一份 "活跃车辆名单"（从 GC Roots 开始遍历），在停车场里找到所有 "正在使用的车"，并在它们的挡风玻璃上贴一个 "保留" 的标签。
清除（Sweep）：清障队再次遍历整个停车场，把所有没有"保留" 标签的车（废弃车辆）全部拖走。清理完后，他们会记录下这些空出来的 "停车位"（内存碎片），方便以后分配。核心思想：分两步：① 标记：遍历所有对象，标记存活对象；② 清除：遍历堆内存，回收未标记的垃圾对象，释放内存。
优点：
简单直接：实现容易，思路清晰。
不需要移动对象：只做标记和清除，不改变对象的位置。缺点：
效率不稳定：需两次全堆遍历，两次遍历（标记和清除）都会很慢。
产生内存碎片：回收后内存空间不连续，大对象可能无法分配。二、算法二：复制（Copying）
比喻：把有用的车挪到新停车场，旧停车场直接废弃。
为了解决标记 - 清除的碎片问题，复制算法应运而生。它把停车场一分为二，通常是 From 区 和 To 区。
复制（Copy）：清障队拿着 "活跃车辆名单"，把 From 区里所有 "正在使用的车" 都完好无损地复制到 To 区，并且是紧凑地、连续地停放。
交换（Swap）：复制完成后，From 区里剩下的肯定全是废弃车辆。这时，清障队直接宣布整个 From 区作废，然后把 From 区和 To 区的角色互换。下一次 GC 时，就从新的 From 区复制到新的 To 区。核心思想：将内存分为大小相等的两块（如 From 区和 To 区），仅使用其中一块。回收时，将存活对象复制到另一块区域，然后清空原区域。
优点：
效率高：只需复制存活对象，无需遍历垃圾。
无内存碎片：新对象总是在一个干净、连续的空间里分配，像新建的停车场一样整齐。缺点：
空间浪费：内存利用率低（仅用一半内存）。
对象移动成本高：存活对象多时，复制成本高。如果 "正在使用的车" 很多，复制它们会非常耗时，并且需要更新所有指向这些被移动对象的 "引用"（相当于通知所有车主他们的车位变了）。三、算法三：标记 - 整理（Mark-Compact）
比喻：先标记要保留的车，然后把它们都挪到停车场的一端，剩下的一次性清空。
这是为了解决 "标记 - 清除" 的碎片问题和 "复制" 算法的空间浪费问题而设计的，主要用于老年代。
标记（Mark）：和 "标记 - 清除" 算法一样，先给所有 "正在使用的车" 贴上 "保留" 标签。
整理（Compact）：清障队把所有贴了 "保留" 标签的车，像 "拼图" 一样，向停车场的一端移动，让它们紧紧地挨在一起。
清除（Clear）：所有保留的车都移走后，停车场另一端剩下的一大片连续区域就可以一次性全部清空。核心思想分两步：① 标记：同标记 - 清除，标记存活对象；② 整理：将存活对象向内存一端移动，然后清除边界外的所有垃圾。
优点：
无内存碎片：整理后，内存空间是连续的。
内存利用率高：不需要像复制算法那样预留一半空间 。缺点：
效率更低：在标记的基础上，增加了 "移动对象" 的步骤，这个过程非常耗时，尤其是对象很多的时候。四、算法四：分代收集（Generational Collection）
比喻：按车辆使用频率，分不同区域管理。
这不是一种具体的算法，而是一种 "分而治之" 的策略 。它基于一个重要的观察：大部分对象都是 "朝生夕灭" 的（新生代），只有少数对象能活很久（老年代）。于是，停车场被划分为两个区域：
新生代（Young Generation）：
比喻："临时停车区"。 特点：车流量大，大部分车停一会儿就走。
算法：采用复制算法。因为新生代中大部分都是垃圾，需要复制的存活对象很少，效率极高。它内部又分为一个 Eden 区和两个 Survivor
区（From 和 To）。老年代（Old Generation）：
比喻："长期停车区"。 特点：车很稳定，进来了就可能停很久。
算法：采用标记 - 清除或标记 - 整理算法。因为老年代中大部分对象都是存活的，使用复制算法成本太高。工作流程：
1.新车（新对象）先停在新生代的 Eden 区。
2.Eden 区满了，触发一次 Minor GC（新生代 GC）。 把 Eden 和 From Survivor 区里存活的对象，复制到 To Survivor 区。 清空 Eden 和 From Survivor 区。 From 和 To 区角色互换。
3.对象在 Survivor 区之间来回被复制，每复制一次 "年龄" 就加一岁。 当对象年龄达到一个阈值（比如 15 岁），就会被 "晋升" 到老年代。 当老年代也快满了，就会触发 Major GC / Full GC（老年代GC），这个过程通常比较慢。核心思想：根据对象存活周期将内存分为多代（如年轻代、老年代），不同代采用不同算法：
年轻代（对象存活时间短，垃圾多）：用复制算法（高效处理大量短期对象）。
老年代（对象存活时间长，垃圾少）：用标记 - 清除或标记 - 整理算法（减少对象移动成本）。优点：
极高的整体 GC 效率：针对不同生命周期的对象，使用最合适的算法，扬长避短。新生代 GC 非常快，而老年代 GC
虽然慢，但发生频率低。结合不同算法的优势，兼顾效率和内存利用率，是目前 JVM 主流 GC 策略（如 G1、CMS）。缺点：
实现复杂，需维护多代内存管理逻辑。总结对比
| 算法 | 比喻 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 标记-清除 | 按名单拖走废车 | 实现简单，不移动对象 | 效率低，产生碎片 | 老年代（作为兜底或与整理结合） |
| 复制 | 挪走有用的车，废弃旧车场 | 效率高，无碎片 | 空间浪费，移动成本高 | 新生代 |
| 标记 - 整理 | 挪车挤到一端，再清另一端 | 无碎片，内存利用率高 | 效率低，移动成本高 | 老年代 |
| 分代收集 | 分临时 / 长期停车区管理 | 综合效率最高，应用最广 | 实现复杂 | 所有现代 JVM 的标准策略 |
一句话总结：现代 JVM 都采用分代收集策略，在新生代用复制算法，在老年代用标记 - 清除 / 整理算法，这样既能保证 GC 的高效性，又能解决内存碎片问题。