JVM的垃圾回收机制

JVM 的垃圾回收机制（Garbage Collection, GC）是自动管理堆内存的进程，通过识别和回收不再使用的对象，释放内存空间，防止内存泄漏。它基于可达性分析判断对象存活，结合分代回收策略（如新生代、老年代），使用多种算法（如标记-清除、复制）优化性能。

1. 垃圾回收机制概述

作用

自动回收堆中无引用对象，释放内存。
避免手动管理（如 C 的 free()）。

管理区域

堆：GC 主要目标（对象和数组）。
方法区：回收废弃常量和无用类（较少）。

核心步骤

标记：识别哪些对象是垃圾。
回收：清除垃圾，整理内存（可选）。

2. 如何判断对象可回收

(1) 可达性分析

原理：
从 GC Roots 开始，追踪引用链。
未被引用的对象视为垃圾。
GC Roots：
虚拟机栈中的局部变量。
方法区中的静态变量、常量。
本地方法栈中的 JNI 引用。
示例：

Object a = new Object(); // 可达
a = null; // 不可达，下次 GC 回收

(2) 引用类型

强引用：Object o = new Object()，不回收。
软引用：SoftReference，内存不足时回收。
弱引用：WeakReference，下次 GC 回收。
虚引用：PhantomReference，跟踪回收状态。

(3) Finalize 方法

对象不可达时，可执行 finalize() 自救。
仅执行一次，若仍不可达则回收。

@Override
protected void finalize() throws Throwable {
    System.out.println("Self save");
    this.ref = this; // 自救
}

3. 分代回收策略

堆分代

新生代（Young Generation）：
Eden：新对象创建。
Survivor（From、To）：存活对象。
老年代（Old Generation）：
长期存活对象。
比例：默认新生代:老年代 = 1:2。

分代假设

弱分代假设：大部分对象朝生夕死。
强分代假设：存活越久越难回收。

GC 类型

Minor GC：
清理新生代，触发频繁，速度快。
Major GC / Full GC：
清理整个堆，耗时长，含老年代。

4. 垃圾回收算法

(1) 标记-清除（Mark-Sweep）

过程：
标记可达对象，清除未标记对象。
优点：简单。
缺点：内存碎片。

(2) 复制（Copying）

过程：
将存活对象复制到另一区域，清空原区域。
优点：无碎片，适合新生代。
缺点：内存利用率低（一半空闲）。

(3) 标记-整理（Mark-Compact）

过程：
标记后，将存活对象移到一端，清除剩余。
优点：无碎片，适合老年代。
缺点：整理耗时。

(4) 分代收集

新生代：复制算法（Eden -> Survivor）。
老年代：标记-清除或标记-整理。

5. 垃圾回收器

常见回收器（HotSpot JVM）

Serial：单线程，适合小应用。
Parallel：多线程并行，吞吐量高。
CMS（Concurrent Mark Sweep）：
并发标记-清除，低停顿。
缺点：碎片多。
G1（Garbage First）：
分区管理，预测停顿时间。
适合大堆，低延迟。
ZGC / Shenandoah（JDK 11+）：
超低停顿（<10ms），适合超大堆。

执行过程（G1 示例）

初始标记（STW）：标记 GC Roots。
并发标记：追踪引用。
最终标记（STW）：修正标记。
筛选回收：清理垃圾区域。

6. 触发条件

Minor GC：Eden 满。
Full GC：
老年代满。
元空间不足（-XX:MaxMetaspaceSize）。
System.gc()（建议性）。

延伸与面试角度

STW（Stop The World）：
GC 时暂停应用线程。
CMS、G1 减少 STW。
调优参数：
-Xms、-Xmx：堆大小。
-XX:+UseG1GC：指定 G1。
-XX:MaxGCPauseMillis：目标停顿。
内存泄漏：
对象长期可达（如静态集合）。
面试点：
问“算法”时，提标记-清除 vs 复制。
问“回收器”时，提 G1 和 CMS。

示例

public class GCTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<Object> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(new Object()); // 触发 GC
        }
    }
}

总结

JVM 垃圾回收通过可达性分析标记垃圾，分代策略（新生代复制，老年代标记-整理）回收内存，使用回收器（如 G1）优化性能。面试时，可画堆分代图或提调优参数，展示理解深度。