JVM的垃圾回收机制

一、垃圾回收基础概念

1. 什么是垃圾回收

垃圾回收(Garbage Collection, GC)是JVM自动管理内存的机制，主要负责：

• 分配内存

• 确保被引用的对象保持在内存中

• 回收不再被引用的对象占用的内存

2. 需要回收的内存区域

• 堆内存(Heap)：主要回收区域，存放对象实例

• 方法区(Metaspace)：回收废弃常量和无用的类

二、判断对象可回收的算法

1. 引用计数法（已淘汰）

• 每个对象维护一个引用计数器

• 当引用为0时立即回收

• 缺点：无法解决循环引用问题

2. 可达性分析算法（主流）

通过"GC Roots"对象作为起点，向下搜索引用链：

• GC Roots包括：

  • 虚拟机栈中引用的对象

  • 方法区静态属性引用的对象

  • 方法区常量引用的对象

  • Native方法引用的对象

  • 同步锁持有的对象

三、垃圾回收算法

1. 标记-清除(Mark-Sweep)

• 步骤：

  1. 标记所有需要回收的对象

  2. 统一回收被标记对象

• 缺点：

  • 效率问题（标记和清除效率都不高）

  • 空间问题（产生内存碎片）

2. 标记-整理(Mark-Compact)

• 步骤：

  1. 标记所有需要回收的对象

  2. 让所有存活对象向一端移动

  3. 清理边界以外的内存

• 优点：避免内存碎片

• 缺点：移动对象成本高

3. 复制算法(Copying)

• 原理：

  • 内存分为大小相同的两块

  • 每次只使用其中一块

  • 存活对象复制到另一块，然后清理已使用块

• 优点：高效无碎片

• 缺点：内存利用率仅50%

4. 分代收集理论(Generational Collection)

• 新生代(Young Generation)：

  • 特点：对象朝生夕死（98%对象存活时间很短）

  • 算法：复制算法（Eden:Survivor=8:1:1）

• 老年代(Tenured Generation)：

  • 特点：存活对象较多

  • 算法：标记-清除或标记-整理

四、垃圾收集器实现

1. 新生代收集器

收集器	算法	特点
Serial	复制	单线程，Client模式默认
ParNew	复制	Serial的多线程版本
Parallel Scavenge	复制	吞吐量优先

2. 老年代收集器

收集器	算法	特点
Serial Old	标记-整理	Serial的老年代版
Parallel Old	标记-整理	Parallel Scavenge的老年代版
CMS	标记-清除	低延迟，并发收集

3. 全堆收集器

收集器	算法	特点
G1	标记-整理+分区	可预测停顿，JDK9+默认
ZGC	着色指针+读屏障	超低延迟（<10ms）

五、内存分配与回收策略

1. 对象优先在Eden分配

• 新生代内存布局：

  ┌─────────┬───────┬───────┐
  │  Eden   │ S0    │ S1    │
  └─────────┴───────┴───────┘

• 当Eden区满时触发Minor GC

2. 大对象直接进老年代

• 通过-XX:PretenureSizeThreshold设置阈值

• 避免在Eden和Survivor之间大量复制

3. 长期存活对象进老年代

• 对象年龄计数器（Survivor中每熬过1次GC年龄+1）

• -XX:MaxTenuringThreshold设置晋升阈值（默认15）

六、GC日志分析

1. 典型GC日志

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 65536K->10720K(76288K)] 
65536K->15011K(251392K), 0.0090413 secs] 
[Times: user=0.02 sys=0.01, real=0.01 secs]

• PSYoungGen：Parallel Scavenge收集器

• 65536K->10720K：回收前->回收后大小

• 0.0090413 secs：耗时

2. 重要JVM参数

参数	作用
-Xms/-Xmx	初始/最大堆大小
-XX:NewRatio	老年代与新生代比例
-XX:SurvivorRatio	Eden与Survivor区比例
-XX:+PrintGCDetails	打印GC详细信息
-XX:+UseG1GC	使用G1收集器