JVM 垃圾回收机制

如何判断对象是否存活？

1. 引用计数法

每个对象有一个引用计数器，被引用时 +1，引用失效时 -1，计数为 0 则可回收。

缺点：无法解决循环引用问题。

// 循环引用示例
Object a = new Object();
Object b = new Object();
a.ref = b;  // a 引用 b
b.ref = a;  // b 引用 a
a = null;
b = null;
// 此时 a、b 对象互相引用，计数都不为 0，但实际上已不可达

2. 可达性分析（JVM 使用）

从 GC Roots 出发，沿引用链遍历，不可达的对象即为垃圾。

GC Roots 包括：
├── 虚拟机栈中引用的对象
├── 方法区中类静态属性引用的对象
├── 方法区中常量引用的对象
├── 本地方法栈中 JNI 引用的对象
└── 被同步锁（synchronized）持有的对象

垃圾回收算法

1. 标记-清除（Mark-Sweep）

标记阶段: [■][□][■][□][■][□][■]
清除阶段: [■][  ][■][  ][■][  ][■]

缺点：产生内存碎片

2. 标记-复制（Copying）

将内存分为两块，每次只使用一块，GC 时将存活对象复制到另一块。

Eden + S0                          S1
[■][□][■][□][ ][ ][ ]     →     [■][■][ ][ ][ ][ ][ ]

优点：无碎片，适合年轻代（存活对象少）

3. 标记-整理（Mark-Compact）

标记后，将存活对象向一端移动，然后清理边界外的内存。

标记:   [■][□][■][□][■][□][■]
整理:   [■][■][■][■][  ][  ][  ]

优点：无碎片，适合老年代（存活对象多）

分代收集策略

区域	特点	使用算法
年轻代	对象存活率低	标记-复制
老年代	对象存活率高	标记-清除 / 标记-整理

垃圾收集器

年轻代收集器

Serial

单线程收集器，GC 时会 Stop-The-World。

-XX:+UseSerialGC

ParNew

Serial 的多线程版本，常与 CMS 配合使用。

-XX:+UseParNewGC

Parallel Scavenge

注重吞吐量，适合后台计算型任务。

-XX:+UseParallelGC
-XX:MaxGCPauseMillis=100    # 最大 GC 停顿时间
-XX:GCTimeRatio=99          # 吞吐量目标

老年代收集器

Serial Old

Serial 的老年代版本，单线程，标记-整理算法。

Parallel Old

Parallel Scavenge 的老年代版本，多线程，标记-整理算法。

CMS（Concurrent Mark Sweep）

以最短停顿时间为目标，采用标记-清除算法。

初始标记 (STW) → 并发标记 → 重新标记 (STW) → 并发清除

-XX:+UseConcMarkSweepGC

缺点：

• 产生内存碎片
• 占用 CPU 资源
• 无法处理浮动垃圾

G1 收集器（JDK 9 默认）

将堆划分为多个 Region，可预测停顿时间。

┌────┬────┬────┬────┬────┬────┐
│ E  │ S  │ O  │ O  │ E  │ H  │
├────┼────┼────┼────┼────┼────┤
│ O  │ E  │ S  │ O  │ O  │ E  │
└────┴────┴────┴────┴────┴────┘
E: Eden  S: Survivor  O: Old  H: Humongous

-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200    # 期望最大停顿时间
-XX:G1HeapRegionSize=4m     # Region 大小

ZGC（JDK 11+）

低延迟收集器，停顿时间 < 10ms，支持 TB 级堆内存。

-XX:+UseZGC

收集器对比

收集器	算法	线程	适用场景
Serial	复制/整理	单线程	客户端模式
ParNew	复制	多线程	配合 CMS
Parallel	复制/整理	多线程	高吞吐量
CMS	标记-清除	并发	低延迟
G1	标记-整理	并发	大内存低延迟
ZGC	标记-整理	并发	超大内存超低延迟

GC 日志分析

# 开启 GC 日志
-Xlog:gc*:file=gc.log:time,uptime:filecount=5,filesize=10M

[0.015s][info][gc] Using G1
[1.234s][info][gc] GC(0) Pause Young (Normal) (G1 Evacuation Pause) 
                    25M->5M(256M) 12.345ms

关键指标：

• GC 频率
• 停顿时间
• 堆内存变化