面试题：什么是 Java 的垃圾回收机制？有哪些常见的垃圾回收算法？

总结性回答

Java 的垃圾回收机制(Garbage Collection, GC)是 JVM 自动管理内存的核心机制，它负责自动回收不再使用的对象占用的内存空间。常见的垃圾回收算法包括：标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法、分代收集算法等。现代 JVM 通常采用分代收集策略，结合多种算法来优化垃圾回收性能。

详细解释

1. Java 垃圾回收机制

Java 垃圾回收机制的主要特点：

• 自动内存管理：开发者无需手动释放内存，由 JVM 自动完成
• 基于可达性分析：通过 GC Roots 对象作为起点，判断哪些对象可达(存活)，哪些不可达(可回收)
• Stop-The-World：垃圾回收时会暂停所有应用线程(某些并发收集器可以部分避免)

垃圾回收的主要工作：

1. 识别哪些对象不再被使用
2. 回收这些对象占用的内存空间
3. 整理内存碎片(某些算法)

2. 常见垃圾回收算法

(1) 标记-清除算法(Mark-Sweep)

• 过程：
  • 标记阶段：遍历所有可达对象并标记
  • 清除阶段：回收未被标记的对象内存
• 优点：实现简单
• 缺点：
  • 产生内存碎片
  • 效率不高(需要两次遍历)

(2) 复制算法(Copying)

• 过程：
  • 将内存分为两块，每次只使用一块
  • 将存活对象复制到另一块内存
  • 清除原内存块
• 优点：
  • 无内存碎片
  • 效率高(只需一次遍历)
• 缺点：
  • 内存利用率只有50%
  • 对象存活率高时效率低

(3) 标记-整理算法(Mark-Compact)

• 过程：
  • 标记阶段：同标记-清除
  • 整理阶段：将所有存活对象向一端移动
  • 清除边界外的内存
• 优点：
  • 无内存碎片
  • 内存利用率高
• 缺点：
  • 移动对象成本高

(4) 分代收集算法(Generational Collection)

现代 JVM 主要采用此策略，基于对象生命周期特点将堆内存分为不同代：

• 年轻代(Young Generation)：
  • 使用复制算法(如 Serial、ParNew、Parallel Scavenge)
  • 分为 Eden 区和两个 Survivor 区
• 老年代(Old Generation)：
  • 使用标记-清除或标记-整理算法(如 CMS、G1、Serial Old、Parallel Old)
• 永久代/元空间(Java 8 后为 Metaspace)

3. 现代垃圾收集器

JVM 提供了多种垃圾收集器实现：

• Serial GC：单线程收集器，适合客户端应用
• Parallel GC：多线程并行收集，注重吞吐量
• CMS(Concurrent Mark-Sweep)：并发低停顿收集器
• G1(Garbage-First)：面向服务端的收集器，兼顾吞吐量和停顿时间
• ZGC：JDK11+ 引入，目标极低停顿时间
• Shenandoah：类似 ZGC 的低停顿收集器

每种收集器都有其适用场景，选择时需要根据应用特点(吞吐量优先/低延迟优先)和硬件条件来决定。