新生代和老年代的 GC 算法有哪些？

面试考察点

1. 基础掌握度：面试官不仅仅是想知道你背了几种算法名字，更是想看你能否准确说出新生代和老年代各自使用的 GC 算法，以及背后的设计考量。
2. 原理理解深度：能否解释清楚每种算法的工作原理、优缺点，以及为什么 HotSpot 选择"分代收集"这个策略，而不是所有区域用同一种算法。
3. 实践关联：是否了解不同垃圾收集器（Serial、ParNew、Parallel Scavenge、CMS、G1 等）分别用了哪种算法，能否将理论和实际联系起来。

核心答案

直接上结论，用一张表说清楚：

分代	GC 算法	核心思路	对应的垃圾收集器
新生代	复制算法（Copying）	将存活对象复制到另一块空间	Serial、ParNew、Parallel Scavenge
老年代	标记-清除（Mark-Sweep）	标记垃圾，直接清除	CMS
老年代	标记-整理（Mark-Compact）	标记存活对象，整理到一端	Serial Old、Parallel Old
整堆	分区复制 + 标记-整理	分 Region 灵活处理	G1、ZGC

注意：新生代基本只用复制算法，而老年代根据收集器的不同，会选用标记-清除或标记-整理。

深度解析

一、为什么需要分代？

在讲具体算法之前，得先理解一个前提——为什么要把堆分成新生代和老年代？

研究发现，Java 系统中绝大多数对象都是"朝生夕死"的，活不过一轮 GC。但也有少部分对象是长时间存活的（比如缓存、连接池）。这两类对象的生存特征完全不同，如果用同一种算法处理，效率会很低。

所以 HotSpot 把堆分成了新生代和老年代，让不同区域各用最合适的算法，这就是 "分代收集" 的核心思想。

上图展示了 JVM 堆内存的经典布局：

• 新生代：分为 Eden 区和两个 Survivor 区（S0、S1），默认比例 8:1:1。新对象优先在 Eden 区分配。
• 老年代：存放经过多次 GC 仍然存活的长寿对象，默认占堆内存的 2/3。

二、新生代——复制算法

新生代的 GC 叫 Minor GC（也叫 Young GC），使用的是 复制算法。

工作流程

1. 新对象分配在 Eden 区
2. 当 Eden 区满了，触发 Minor GC
3. GC 从 GC Roots 开始，标记所有存活对象
4. 将 Eden 和当前使用的 Survivor（From）中的存活对象，复制 到另一个空的 Survivor（To）
5. 清空 Eden 和 From 区
6. From 和 To 角色互换

上面的图示展示了复制算法的核心过程：

• GC 前：Eden 区和 From 区中有大量对象，其中只有少部分是存活的（用 █ 表示），其余都是垃圾
• GC 后：所有存活对象被复制到 To 区，Eden 和 From 被整体清空，然后 From 和 To 的角色互换
• 关键点：不需要逐个清理垃圾，直接把存活对象搬走，原来的空间一把清空，效率非常高

为什么新生代适合复制算法？

因为新生代有个特点——98% 的对象都是朝生夕死的。每次 GC 只有极少量对象存活，需要复制的量很小。而且复制算法不需要考虑碎片问题，存活对象被集中放到 Survivor 区，空间天然连续。

代价是什么？就是空间浪费。Eden:S0:S1 = 8:1:1，始终有一块 Survivor 是空的，也就是浪费了大约 10% 的新生代空间。但这笔账很划算，因为避免了内存碎片。

对象什么时候晋升老年代？

不是所有对象都永远待在新生代，以下情况会晋升到老年代：

• 年龄达到阈值：每经历一次 Minor GC 且存活，年龄 +1，默认达到 15 岁（-XX:MaxTenuringThreshold）就晋升
• 大对象直接进入老年代：超过 -XX:PretenureSizeThreshold 的对象直接在老年代分配
• 动态年龄判断：如果 Survivor 区中相同年龄的所有对象大小总和超过 Survivor 空间的一半，年龄 >= 该年龄的对象直接晋升

三、老年代——标记-清除与标记-整理

老年代的 GC 叫 Major GC（有时也叫 Full GC，严格来说 Full GC 是清理整个堆），根据垃圾收集器的不同，会使用不同的算法。

1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

这是最基础的算法，CMS 收集器用的就是它。

上图的流程分两步：

• 标记阶段：从 GC Roots 开始遍历，标记所有可达的存活对象。图中 █ 表示存活对象，░ 表示已被标记为垃圾的对象
• 清除阶段：直接回收垃圾对象占用的空间。注意看清除后的内存布局——存活对象之间出现了大量不连续的空闲区域，这就是 内存碎片 问题

优点：速度快，不需要移动对象。缺点：会产生内存碎片，后续分配大对象时可能找不到足够的连续空间，触发提前 GC。

2. 标记-整理算法（Mark-Compact）

Serial Old、Parallel Old 用的是这个算法。

• 标记阶段：和标记-清除一样，先标记所有存活对象
• 整理阶段：将所有存活对象向内存的一端移动，然后直接清理边界以外的空间。整理后的内存非常整齐，没有碎片

优点：没有内存碎片。缺点：移动对象需要更新所有引用，耗时比标记-清除更长。老年代对象多，移动的开销不小。

3. 两种算法怎么选？

对比维度	标记-清除	标记-整理
是否移动对象	不移动	移动
内存碎片	有	无
GC 停顿时间	较短	较长
代表收集器	CMS	Serial Old、Parallel Old

CMS 选择标记-清除是为了追求低延迟，用碎片问题换响应时间。但碎片积攒到一定程度还是得做一次 Compact，这就是 CMS 的 Concurrent Mode Failure 触发 Full GC 的原因之一，代价很大。

四、G1 和 ZGC 的思路

到了 JDK 9 之后，G1 成为默认收集器，它的思路变了——不再严格区分新生代和老年代的物理边界，而是把堆分成一个个等大的 Region（默认约 2048 个）。

• G1 对新生代 Region 用复制算法，对老年代 Region 用标记-整理
• ZGC 更激进，用染色指针和读屏障实现了几乎无碎片的整理，停顿时间控制在亚毫秒级

这块展开就多了，面试官如果追问，说明对你的回答很满意，想看看你的深度。

面试高频追问

1. 为什么新生代不用标记-清除？

   因为新生代对象存活率极低（通常不到 2%），用复制算法只需要复制少量存活对象，效率极高。如果用标记-清除，每次要扫描整个新生代标记大量垃圾，反而更慢。

2. CMS 为什么选标记-清除而不是标记-整理？

   CMS 的设计目标是低延迟。标记-整理需要移动老年代中的大量对象并更新引用，这会造成很长的 STW 停顿，违背了 CMS 的设计初衷。所以 CMS 选择不移动对象的标记-清除，代价是内存碎片。

3. 什么是 STW？为什么不可避免？

   Stop-The-World，GC 时暂停所有用户线程。因为 GC 需要确保一致性快照（类似数据库的快照隔离），如果一边回收一边有线程修改对象引用，就会出问题。CMS 和 G1 通过并发标记来尽量缩短 STW 时间，但完全消除目前还做不到。

常见面试变体

• "说说 JVM 有哪些垃圾收集算法？各自的特点？"
• "为什么 HotSpot 要采用分代收集？"
• "CMS 和 G1 用的分别是什么算法？"
• "复制算法的缺点是什么？"

记忆口诀

新生代复制、老年代标记——新生代对象死得快，复制少量活的就行；老年代对象活得久，标记完要么清要么整。碎片换速度选清除，稳定无碎选整理。

总结

JVM 的分代 GC 算法选择，本质上是一个 "对症下药" 的过程：新生代对象存活率低，用复制算法效率最高；老年代存活率高，复制算法代价太大，所以选择标记-清除或标记-整理，两者在"碎片"和"延迟"之间做取舍。面试的时候，把"为什么这么分"讲清楚，比单纯背算法名字加分多了。