标记整理算法

标记清除算法分为两个阶段：

1. 标记阶段：遍历所有可达对象（从GC Root开始），标记它们为“存活”。
2. 清除阶段：遍历整个堆内存，回收所有未被标记为“存活”的对象占用的空间。

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算法步骤详解

1. 暂停应用程序线程

   • 垃圾回收过程通常需要暂停所有应用程序线程，这被称为 “Stop-The-World” 停顿。这是为了确保在标记过程中对象引用关系不会发生变化，保证垃圾回收的正确性。标记-清除算法的 STW 时间主要发生在标记阶段（也可能在清除阶段）。

2. 标记阶段
   起点：

   • 虚拟机栈（栈帧中的局部变量表）中引用的对象。

   • 方法区中类静态属性引用的对象。

   • 方法区中常量引用的对象（如字符串常量池里的引用）。

   • 本地方法栈中 JNI（即 Native 方法）引用的对象。

   • 所有被同步锁持有的对象。

   • JVM 内部引用（如系统类加载器、基本类型对应的 Class 对象）。

   遍历：

   • 访问一个对象。

   • 将其标记为“存活”（通常是在对象头中设置一个标记位）。

   • 递归地访问并标记这个对象引用的所有其他对象。

   结果：

   • 所有从 GC Roots 可达的对象都会被标记为“存活”。而无法从任何 GC Roots 访问到的对象，则被认为是“垃圾”。

3. 清除阶段：
   遍历堆：线性（或按某种顺序）遍历整个堆内存的地址空间。
   回收垃圾：对于堆中的每一个位置（或对象）：

   • 如果该位置的对象未被标记，则认为他是垃圾。
   • 回收该对象占用的内存空间，回收通常不是立即擦除数据，而是将这个空间记录到一个空闲列表中，供后续新对象分配使用。

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优点：

• 概念简单，易于理解： 算法流程非常直观。

• 实现相对容易： 早期的垃圾收集器常采用此算法。

• 无对象移动开销： 在清除阶段，存活对象的位置没有发生移动。这对于大对象或存活时间长的对象（如老年代对象）来说是个优势，避免了复制带来的开销。

• 空间利用率（理论上）： 回收的内存可以立即放入空闲列表供分配。

缺点：

• 内存碎片：这是标记-清除算法最严重的问题。
• 效率问题：标记阶段需要遍历所有存活对象，清除阶段需要遍历整个堆（包括存活对象和垃圾对象）。对于大堆，这两个遍历过程都可能比较耗时，导致较长的 STW 停顿时间。
• 分配效率：由于存在内存碎片，分配新对象时需要遍历空闲列表（Free List）来寻找合适大小的空闲块。这比从连续空间（如复制算法中的 To 区）分配要慢。
• 空间浪费：碎片本身导致一部分空间无法被有效利用。