JVM 調優總結（三）：核心垃圾回收演算法詳解

垃圾回收演算法可從不同維度劃分，本文依基本回收策略、分區對待方式、系統線程模型三大面向系統整理。

一、按基本回收策略分類

1. 參考計數法

較古老演算法。原理：物件被引用計數+1，引用刪除計數-1。GC 時收集計數為 0 的物件。致命缺陷：無法處理循環引用 (A→B、B→A 計數永不歸零)。

2. 標記-清除

兩階段：

1. 標記：從 GC Roots 開始標記所有被引用物件
2. 清除：遍歷整個堆，清除未標記物件

缺點：需暫停整個應用 (Stop-the-World)；產生記憶體碎片，不利大物件分配。

3. 複製演算法

將記憶體劃為兩塊等大區域 (From/To)，每次僅使用一塊。GC 時將 From 區存活物件複製到 To 區，然後交換角色。

• 優點：僅處理存活物件，複製成本低；複製過程天然完成記憶體整理，**無碎片**
• 缺點：記憶體利用率僅 50%，需兩倍空間

4. 標記-整理

結合上述兩演算法優點：

1. 標記：從根節點標記所有被引用物件
2. 整理：遍歷堆，清除未標記物件，將存活物件壓縮到堆一端按順序排放

優點：避免標記-清除的碎片問題，亦避免複製演算法的空間浪費。
代價：整理階段需移動物件、更新引用，開銷較大。

二、按分區對待方式分類

增量收集

即時 GC 演算法：應用運行同時進行垃圾回收。JDK 5.0 收集器未採用 (原因不明)。

分代收集

基於物件生命週期分析：將堆劃分為新生代、老年代、永久代 (JDK 8+ 為 Metaspace)，對不同代使用不同演算法。
現狀：J2SE 1.2 起所有商用收集器皆採用此演算法。

三、按系統線程模型分類

關鍵差異：串行/並行收集執行 GC 時必須暫停整個運行環境 (Stop-the-World)，唯有 GC 執行緒運行；並發收集則允許應用與 GC 同時進行。

總結與選型建議

• 小堆、單核、對延遲不敏感：串行收集 (Serial GC)
• 多核、吞吐量優先、可容忍較長暫停：並行收集 (Parallel/Throughput GC)
• 大堆、低延遲、回應時間敏感：並發收集 (CMS、G1、ZGC、Shenandoah)
• 分代收集為現代收集器基礎架構，新生代常用複製 (存活率低)、**老年代常用標記-整理/並發標記** (存活率高、空間大)

理解演算法特性是 JVM 調優的理論基石，實際調優需結合具體收集器實作 (Serial、Parallel、CMS、G1、ZGC 等) 參數配置。