JVM垃圾回收（GC）深度解析：原理、调优与问题排查
在Java开发中，垃圾回收（GC）是JVM自动内存管理的核心机制，它解放了开发者手动管理内存的负担，但也带来了新的挑战——当GC行为异常时（如频繁YGC、Full GC、GC停顿过长等），可能导致应用性能急剧下降甚至服务中断。本文将从GC的基本原理出发，深入解析常见GC问题的排查思路与解决方案。
一、JVM垃圾回收核心原理
1.1 什么是垃圾回收？
垃圾回收是JVM自动识别并释放"无用对象"所占用内存的过程。"无用对象"指的是不再被任何存活对象引用的对象，这些对象占据的内存若不及时释放，最终会导致OOM（OutOfMemoryError）。
1.2 内存区域与GC的关系
JVM堆内存是GC的主要工作区域，其内部划分为不同区域，各区域的GC策略不同：
| 内存区域 | 存储内容 | GC类型 | 特点 |
|---|---|---|---|
| 新生代（Young Gen） | 新创建的对象 | Minor GC（YGC） | 回收频繁，速度快 |
| 老年代（Old Gen） | 存活较久的对象 | Major GC/Full GC | 回收频率低，耗时较长 |
| 元空间（Metaspace） | 类信息、常量、静态变量等 | 极少触发 | JDK8+取代永久代，默认无上限（受限于物理内存） |
分代思想：基于"大部分对象存活时间短"的统计规律，新生代采用高效的复制算法，老年代采用标记-整理算法，实现不同区域的针对性优化。
1.3 垃圾回收的核心步骤
无论哪种GC算法，核心流程均可概括为三步：
-
标记（Mark）：识别内存中哪些对象是"存活"的（被引用），哪些是"垃圾"（未被引用）。
- 实现方式：可达性分析（以GC Roots为起点，遍历对象引用链，不可达对象标记为垃圾）。
- 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、常量引用的对象等。
-
清除（Sweep）：删除标记为垃圾的对象，释放内存空间。
-
整理（Compact）：将存活对象向内存一端移动，消除内存碎片（老年代常用，新生代一般不整理）。
1.4 常见垃圾收集器
JVM提供了多种垃圾收集器，各有适用场景：
| 收集器 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| Serial GC | 单线程回收，简单高效但停顿长 | 单CPU、小型应用 |
| Parallel GC | 多线程回收，注重吞吐量 | 批处理、后台任务 |
| CMS（Concurrent Mark Sweep） | 并发回收 |