Java 垃圾回收算法中的标记清除算法

标记-清除算法是Java最基础的垃圾回收算法，分标记和清除两阶段：标记阶段从GC Roots出发遍历可达对象并标记，清除阶段回收未标记对象内存，但产生碎片且需Stop-The-World暂停。

标记清除算法是 Java 垃圾回收中最基础的算法之一，它分为“标记”和“清除”两个阶段，核心思想简单直接：先找出所有存活对象并打上标记，再统一回收未被标记的对象所占内存。

标记阶段：如何识别存活对象

从 GC Roots（如栈帧中的局部变量、静态变量、JNI 引用等）出发，沿着引用链递归遍历所有可达对象，并对每个可达对象设置标记位。这个过程采用深度优先或广度优先遍历，确保不遗漏也不重复标记。

• GC Roots 必须严格限定范围，否则可能误判存活对象
• 标记过程需要暂停用户线程（Stop-The-World），影响应用响应时间
• 标记位通常记录在对象头中，占用极小额外空间

清除阶段：回收未标记内存

遍历整个堆内存，将未被标记的对象所占空间释放，但不进行内存整理。这意味着空闲内存可能以碎片形式分散在堆中。

• 清除操作本身开销较小，只需更新空闲链表或内存页状态
• 会产生内存碎片，可能导致后续大对象无法分配，即使总空闲空间足够
• 无法处理循环引用问题——不过现代 JVM 的可达性分析已天然解决该问题

实际应用中的局限与优化方向

标记清除算法很少单独用于新生代或老年代的主回收器，更多作为其他算法（如 CMS、ZGC 的部分阶段）的基础组件。它的主要短板在于碎片化和 STW 时间不可控。

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• CMS 收集器曾使用该算法实现老年代并发回收，但因碎片问题最终被 G1 取代
• G1 不直接使用标记清除，而是结合标记整理（Mark-Compact）来避免碎片
• 如果发现频繁 Full GC 且老年代碎片严重，可能是标记清除类回收器在起作用，需考虑切换到 G1 或 ZGC

对比其他算法的关键差异

与复制算法相比，标记清除不需要额外的半区空间，适合老年代这种存活率高的场景；与标记整理算法相比，它省去了移动对象的开销，但牺牲了内存连续性。

• 复制算法适合新生代——存活对象少，复制成本低
• 标记整理适合老年代中要求高内存利用率的场景
• 标记清除折中了空间与时间，但对内存分配模式敏感