JVM探秘之旅：从class文件到垃圾回收的魔法世界

第一章：垃圾回收算法进化史

JDK7时代：Serial GC（老式吸尘器）

• 算法：标记-清除（Mark-Sweep）
• 特点：
  • 单线程STW（Stop-The-World）
  • 简单粗暴，适合客户端应用
• 参数：-XX:+UseSerialGC

幽默时刻：

• 新生代：“我要GC了！”
• JVM：“全体线程暂停！等这位老爷爷慢慢打扫…”
• 应用线程：“卡成PPT了喂！”

JDK8默认：Parallel GC（多线程清洁队）

• 算法：标记-整理（Mark-Compact）
• 特点：
  • 多线程并行GC
  • 吞吐量优先
• 参数：-XX:+UseParallelGC

性能对比：

指标	Serial GC	Parallel GC
GC时间	200ms	80ms
吞吐量	70%	90%+
暂停时间	长	中等

✈️ JDK11+新宠：G1 GC（智能分拣机器人）

• 算法：分Region收集 + 标记-整理
• 黑科技：
  • 预测停顿时间（-XX:MaxGCPauseMillis=200）
  • 优先清理垃圾最多的Region
• 参数：-XX:+UseG1GC

G1的内心戏： “根据历史数据，这次GC我只扫3个最脏的Region，保证200ms内完事~”

JDK12+实验品：Shenandoah（低延迟特工）

• 绝活：并发压缩（不用STW！）
• 魔法原理：
  • 读屏障（Read Barrier）技术
  • 像变魔术时换掉观众手里的牌
• 参数：-XX:+UseShenandoahGC

⚡ JDK15+新贵：ZGC（太空时代科技）

• 目标：停顿时间<10ms（不管堆多大！）
• 秘技：
  • 染色指针（Colored Pointers）
  • 内存映射魔法
• 参数：-XX:+UseZGC

对比表：

GC算法	JDK引入	最大优势	适用场景
Serial	1.0	简单稳定	客户端/嵌入式
Parallel	1.2	高吞吐量	批处理系统
CMS	1.4	低延迟	已淘汰（JDK14移除）
G1	9	平衡吞吐/延迟	主流服务端默认
Shenandoah	12	超低延迟	金融交易系统
ZGC	15	超大堆无感	云原生/大数据

第二章：GC算法原理实验室

1. 标记-清除（Mark-Sweep）

内存布局：
[已用][已用][空闲][已用][垃圾][垃圾]
标记后：
[已用][已用][空闲][已用][X][X]
清除后：
[已用][已用][空闲][已用][空闲][空闲]

• 缺点：内存碎片化（像瑞士奶酪）

2. 标记-整理（Mark-Compact）

整理前：
[A][B][垃圾][C][垃圾][D]
整理后：
[A][B][C][D][空闲][空闲]

• 优点：解决碎片问题
• 代价：移动对象需要更多时间

3. 复制算法（Copying）

From区：
[A][B][垃圾][C]
To区：
[A][B][C]

• 年轻代标配：Eden + Survivor区就是这种设计

️ 第三章：实战调优指南

1. 查看当前GC

jstat -gc <pid> 1000  # 每秒打印GC统计

2. 生成堆转储

jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof <pid>

. 推荐JVM参数（JDK17+）

-Xms4g -Xmx4g             # 堆大小固定避免震荡
-XX:+UseZGC               # 选用ZGC
-XX:MaxGCPauseMillis=10   # 目标暂停时间
-XX:SoftMaxHeapSize=3g    # 弹性堆上限

4. 常见问题处理

频繁Full GC可能原因：

• 内存泄漏（用MAT分析）
• Survivor区过小（调整-XX:SurvivorRatio）
• 大对象直接进老年代（检查-XX:PretenureSizeThreshold）

第四章：未来已来（JDK21新特性）

1. 分代式ZGC（里程碑！）

• 年轻代/老年代分代收集
• 参数：-XX:+ZGenerational

2. 虚拟线程友好GC

• 协程局部变量自动回收
• 不再需要ThreadLocal清理

3. 向量化GC（实验室阶段）

• 利用SIMD指令加速标记
• 理论速度提升4-8倍

终极心法

“没有最好的GC，只有最适合场景的GC”

• 追求吞吐量：Parallel GC
• 平衡型应用：G1 GC
• 低延迟要求：ZGC/Shenandoah
• 怀旧玩家：Serial GC（开玩笑的~）

下次GC发生时，不妨对它说：“辛苦啦，记得把我刚创建的那堆临时对象扫干净哦~”

动手时间：

• 用jvisualvm观察你的应用GC曲线
• 尝试更换GC算法并对比性能
• 用jmap分析堆内存中的"大胃王"对象