JVM 的垃圾回收机制
JVM（Java虚拟机）的垃圾回收（Garbage Collection, GC）机制是Java内存管理的核心，它自动回收不再使用的对象内存，避免了手动内存管理的复杂性和潜在错误。以下是其核心原理和实现细节：
JVM内存模型与GC目标
JVM内存主要分为以下几个区域，GC主要针对堆内存进行回收：
- 堆（Heap）：存放对象实例，分为：
- 新生代（Young Generation）：新对象在此分配，分为 Eden 区和两个 Survivor 区（S0, S1）。
- 老年代（Old Generation）：存活时间较长的对象晋升至此。
- 元空间（Metaspace）：存放类元数据（JDK8+替代永久代）。
- 栈（Stack）：存放方法调用和局部变量，无需GC。
- 方法区（Method Area）：存储类结构，JDK8后由元空间实现。
垃圾回收的核心原理
- 判断对象是否存活：
- 引用计数法（JVM未采用）：存在循环引用问题。
- 可达性分析（JVM实际使用）：从GC Roots（如栈帧变量、静态变量、JNI句柄等）出发，遍历所有引用链，不可达的对象标记为“可回收”。
- 垃圾回收算法：
- 标记-清除（Mark-Sweep）：标记无用对象后直接清除。缺点：内存碎片。
- 复制（Copying）：将存活对象复制到另一块内存（如新生代的Survivor区）。优点：无碎片；缺点：空间浪费。
- 标记-整理（Mark-Compact）：标记后整理存活对象到内存一端。优点：适合老年代。
- 分代收集（Generational Collection）：结合以上算法，新生代用复制，老年代用标记-清除或标记-整理。
垃圾回收触发条件
- Minor GC：当新生代Eden区满时触发，存活对象复制到Survivor区，年龄达到阈值（默认15）后晋升老年代。
- Full GC：触发条件包括：
- 老年代空间不足。
- 方法区空间不足。
- 调用
System.gc()（不保证执行）。 - Minor GC后存活对象过多，Survivor区无法容纳。
内存分配策略
- 对象优先在Eden分配：多数对象朝生夕灭。
- 大对象直接进老年代：避免在Survivor区复制。
- 长期存活对象晋升老年代：对象年龄计数器记录存活次数。
- 动态年龄判断：Survivor区中相同年龄对象总大小超过阈值时，直接晋升。
GC调优与监控
- 常用参数：
-Xmx/-Xms：堆最大/初始大小。-XX:NewRatio：老年代与新生代比例。-XX:SurvivorRatio：Eden与Survivor区比例。-XX:+UseG1GC：启用G1收集器。
- 工具：
jstat：查看GC统计信息。jmap：生成堆转储快照。VisualVM/GCEasy：可视化分析GC日志。
常见问题与解决
- 频繁Full GC：检查内存泄漏、老年代空间配置。
- GC停顿过长：切换低延迟收集器（如G1/ZGC）。
- 内存泄漏：通过堆转储分析对象引用链。
总结
JVM的垃圾回收机制通过分代、多算法结合，平衡了内存使用效率和停顿时间。理解其原理及收集器特性，结合实际场景调优，是保障Java应用性能的关键。