Java面试题：解释垃圾回收中的标记-清除、复制、标记-压缩算法的工作原理

垃圾回收（Garbage Collection, GC）是自动内存管理的关键部分，它负责识别并清除程序中不再使用的对象，从而避免内存泄漏和浪费。以下是垃圾回收中常见的几种算法的工作原理：

标记-清除（Mark-Sweep）

标记阶段：

1. 从根集合（GC Roots）开始，遍历所有可达对象。根集合通常是栈中的局部变量、全局变量、静态变量等。
2. 所有被引用的对象被标记为“存活”。

清除阶段：

1. 完成标记后，GC将遍历整个堆内存，找出未被标记的对象。
2. 未被标记的对象被认为是“垃圾”，GC将这些对象占用的内存清除，以便再次使用。

缺点：

• 标记和清除过程可能会造成应用程序的暂停。
• 清除后，内存会呈现碎片化，可能导致大对象无法找到足够连续的内存空间而被提前回收。

复制（Copying）

工作原理：

1. 将堆内存分为两个相等的区域，称为“from”区和“to”区。
2. 当“from”区的内存使用完时，GC开始工作，首先标记所有存活的对象。
3. 然后，GC将“from”区的存活对象复制到“to”区，同时更新所有引用，使其指向“to”区中的对象副本。
4. “from”区被清空，现在可以视为空闲内存，而“to”区则成为新的活动区，等待下一次GC。

优点：

• 简化了内存分配，因为只需要在一半的堆空间中分配新对象。
• 避免了内存碎片问题。

缺点：

• 需要两倍的内存空间，因为必须保留一个相同大小的内存区域用于复制。
• 复制过程可能造成应用程序的暂停。

标记-压缩（Mark-Compact）

标记阶段：

1. 与标记-清除算法的标记阶段相同。

压缩阶段：

1. 清除未标记的对象后，GC将所有存活的对象向一端移动，压缩它们，以减少内存碎片。
2. 更新所有引用，确保它们指向新的位置。

优点：

• 减少了内存碎片，为大对象的分配提供了连续的空间。

缺点：

• 压缩过程可能会造成应用程序的暂停。
• 压缩过程可能需要额外的CPU计算资源。

这些算法各有优缺点，适用于不同的场景。例如，复制算法适合新生代GC，因为新生代的对象大多数都是朝生夕死的。而标记-清除和标记-压缩算法适合老年代GC，因为老年代的对象生命周期较长，需要更有效地减少内存碎片。在实际的JVM实现中，通常会根据对象的生命周期和特点，结合使用这些算法。