5.2 三种经典清扫术：清除、复制与整理
5.2 三种经典清扫术：清除、复制与整理
本节摘要：判死之后怎么清，只有三种基本术式：标记-清除原地释放但留碎片，标记-复制搬走活者但费空间，标记-整理滑动压实但搬运有成本。本节用同一批对象的三种命运画清三者的过程与代价，再解释分代策略如何按区域特征组合三种术式——第五章后面两节的收集器设计全部由此推导。
5.1 回答了"谁该死"，本节回答"怎么清"。三术式的差别不是风格差异，而是三笔账的取舍：释放要不要搬东西、空间损失多少、碎片怎么处理。把这三笔账算清，任何收集器的宣传词都能翻译回成本语言。
标记-清除：最直白，也最留后患
过程两步：从 Roots 标记可达对象；然后线性扫描堆，把未标记对象的内存原地登记为空闲。它不打扰幸存者——这是最大优点（对象不动，引用不需要修正，停顿内的工作量正比于堆大小）。
代价是碎片：死对象腾出的空洞大小不一、位置零散。日积月累，堆的总空闲足够、却没有一块连续空间能容纳大对象，只能触发一次回收甚至提前 Full GC。碎片还会拖慢分配：空闲列表式分配（维护空洞账本）比"指针碰撞"式分配慢，且空洞越碎账本越长。CMS 收集器选择清除术，"碎片积累"正是它致命的慢性病之一。
标记-复制：为高死亡率区域定制
过程：把空间对半分，只用其中一半；回收时把活对象全部搬进另一半，然后整块清空用过的那半。碎片天然为零（活对象紧凑排列），分配退化成指针碰撞——挪个指针就是分配，快到极致。
代价是空间利用率减半，以及"搬运量正比于存活对象"：死亡率越高越划算，活对象越多越亏。新生代恰好满足"朝生暮死"（第二章弱分代假说），所以复制术是新生代的默认选择——而且不必真的对半切：Eden 与两块 Survivor 的八比一比一布局，本质是"九成空间干活、一成做搬运目的地"的复制术改良版，空间浪费被压到一成。
标记-整理：老年代的务实解
过程：标记之后，把所有活对象向空间一端滑动，压实后清掉边界外的全部。既无碎片，也不浪费一半空间，是老年代这种"存活率高、不能忍受空间减半"区域的天然候选。
代价是搬运本身：对象要移动、指向它们的引用要全部修正，且滑动过程难以完全并发——这就是为什么"整理"长期与明显停顿绑定，也是后来 Shenandoah、ZGC 花大力气研发并发整理的原因。三种术式的全程对比如图：
图 5-1：三种清运术式过程对比图
用日志验证术式的差别
术式差异能在 GC 日志里直接看出痕迹。同样制造一批朝生暮死的对象，分别用新生代复制术与整堆整理术观察（实验机数字会有出入，看结构）：
public class Churn { public static void main(String[] args) { for (int i = 0; i < 5_000_000; i++) { byte[] dust = new byte[256]; // 高频短命对象 } System.out.println("done"); } }
$ java -Xms64m -Xmx64m -XX:+UseSerialGC -Xlog:gc Churn [0.091s] GC(0) Pause Young (Allocation Failure) Eden: 18064K->0K(18432K) [0.094s] GC(1) Pause Young (Allocation Failure) Eden: 18432K->0K(18432K) ... $ java -Xms64m -Xmx64m -XX:+UseSerialGC -Xlog:gc* Churn 2>&1 | grep -c "Full" 2
新生代日志只出现 Eden 归零的年轻回收，几乎不碰老年代——复制术在死亡率九成以上的区域如鱼得水。若把同样的 churn 压力改成"每轮留住一批对象"（模拟高存活率），就会发现年轻回收撑不住、晋升加快、最终走向 Full GC 整理——术式与负载特征的错配，是很多"莫名 Full GC"的根源。这套读日志的完整方法在 5.4 展开，这里先建立"术式可从日志痕迹反推"的意识。
分代组合：三术式的最优解
现在可以正面回答"为什么分代"了。三种术式各有一个甜蜜区：复制术要求死亡率高，清除术不挪对象但留碎片，整理术无碎片但搬运贵。而堆内不同区域的天然特征恰好互补——新生代死亡率极高（复制术），老年代存活率高、搬运代价敏感（清除或整理术）。分代不是规范要求，而是三术式成本模型推导出的工程最优解。
顺着这个视角再看收集器差异就非常轻松了：CMS 新生代复制、老年代清除（所以要并发"预清理"缓解碎片）；G1 整体仍是分代逻辑但把堆切成 Region，Region 之间用复制，大对象单独安置；ZGC 走"不分代的并发整理"路线（新版本引入分代支持），靠着色指针让搬运也能并发。5.3 节的家族巡礼，不过是这三笔账在不同硬件年代的重新结算。
⚠️ 常见坑：以为"碎片只影响大对象分配"。碎片还会放大回收频率——空闲总量够但连续性差，分配失败提前触发回收；在 CMS 时代更是直接倒逼 Full GC。看到"老年代占用不高却频繁 Full"的日志，碎片是头号嫌疑。
💡 关键直觉：三种术式对应三笔账——碎片账、空间账、搬运账。任何收集器的任何设计，都能还原成"在哪块区域、怎么付这三笔账"。记住等式再看宣传材料，永远不会被参数名唬住。
要点回顾
- 标记-清除：原地释放、幸存者不动，工作量正比堆大小，代价是碎片（CMS 老年代之选）；
- 标记-复制：搬活者、零碎片、指针碰撞分配，代价是目的区闲置，适合高死亡率区域（新生代标配，八比一比一是其改良）；
- 标记-整理：滑动压实、无碎片不费空间，代价是搬运与引用修正难并发（老年代经典术）；
- 分代是成本推导：按区域死亡率选择术式组合，不是规范也不是惯性；
- 术式痕迹可在日志反推：Eden 归零是复制，Full 整理搬运慢是整理，占用不高却 Full 常是碎片。
三术式与分代组合的原理备齐，下一节进入家族史：从 Serial 到 ZGC，历代收集器分别在向谁开刀、解决了上一代的什么病——以及新版本里你该默认用谁。