学习笔记02——《深入理解Java虚拟机（第三版）》第三章

一、核心脉络：垃圾回收与内存分配策略

核心命题：JVM如何高效管理内存的分配与回收？ 三大核心机制：

1. 对象存活判定（引用追踪 vs 可达性分析）

2. 垃圾回收算法（标记-清除/复制/标记-整理/分代）

3. 垃圾收集器实现（Serial/Parallel/CMS/G1等）

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二、深度解析核心知识点

1. 对象存活判定

(1) 引用计数法（非JVM方案）

• 原理：对象被引用时计数器+1，引用失效时-1，归零即回收

• 致命缺陷：无法解决循环引用问题（A→B→A）

(2) 可达性分析算法（JVM实际方案）

• GC Roots对象类型：

  • 虚拟机栈局部变量表引用的对象

  • 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JNI引用的Native对象

  • 同步锁持有的对象（synchronized）

  • 内部引用（Class对象、异常对象、类加载器等）

• 二次标记机制： 第一次标记后进入“缓刑”阶段，若未重写finalize()或已被调用过，则直接回收

2. 四大经典垃圾回收算法

算法	核心思想	优势	缺陷
标记-清除	标记存活对象，清除未标记区域	实现简单	内存碎片化，大对象分配困难
复制算法	将内存分为两块，每次使用一块，存活对象复制到另一块	无碎片，高效	内存利用率仅50%
标记-整理	标记存活对象后向一端移动，清理边界外内存	无碎片，适合老年代	移动对象开销大
分代收集	基于对象的生命周期，将堆内存划为新生代和老年代；分别采用不同的回收方法。新生代（复制算法）、老年代（标记-清除/整理）	针对性优化，平衡效率与空间	需要处理跨代引用问题

3. 主流垃圾收集器对比（重点！）

收集器	工作区域	线程模式	算法	特点
Serial	新生代	单线程	复制	简单高效，Client模式默认，STW时间敏感场景慎用
ParNew	新生代	多线程	复制	Serial的多线程版本，需配合CMS使用
Parallel Scavenge	新生代	多线程	复制	吞吐量优先，适合后台计算型应用
CMS	老年代	并发	标记-清除	低延迟，四阶段流程（初始标记→并发标记→重新标记→并发清除），内存碎片问题显著
G1	全堆	并发+并行	分区+标记-整理	可预测停顿时间，将堆划分为Region，兼顾吞吐与延迟，JDK9默认
ZGC	全堆	并发	染色指针+读屏障	亚毫秒级停顿，TB级堆支持，JDK11引入

4. 内存分配策略

• 对象优先在Eden分配：多数对象朝生夕死，Eden区采用复制算法

• 大对象直接进老年代：避免在新生代反复复制（-XX:PretenureSizeThreshold参数控制）

• 长期存活对象晋升：对象年龄计数器（-XX:MaxTenuringThreshold）

• 空间分配担保：Minor GC前检查老年代剩余空间是否大于历次晋升对象平均大小

5.垃圾收集器的性能调优

（一）选择合适的垃圾收集器

根据应用的特点选择合适的垃圾收集器： • 低延迟需求：CMS或G1。 • 高吞吐量需求：Parallel或G1。 • 超大内存需求：ZGC。

（二）调整堆大小

通过-Xms和-Xmx参数合理配置堆内存大小，减少垃圾回收频率。例如：

-Xms512m -Xmx4g

（三）监控与分析

使用工具（如VisualVM、JStat、GC日志）监控垃圾回收行为，分析GC日志，优化配置。例如：

-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:gc.log

 （四）调整垃圾收集器参数

根据垃圾收集器的特性，调整相关参数以优化性能。例如： • G1收集器：

-XX:+UseG1GC -XX:G1HeapRegionSize=16m -XX:MaxGCPauseMillis=200

 • CMS收集器：

-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70

三、实战案例分析

（一）案例1：CMS收集器的调优

问题描述：某Web应用在高并发场景下，频繁触发Full GC，导致响应时间显著增加。

分析过程：

1. 通过GC日志发现，老年代的内存使用率较高，CMS收集器的并发阶段耗时较长。

2. 使用VisualVM监控内存使用情况，发现存在大量长生命周期的对象。

解决方案：

1. 增加老年代的内存大小（-XX:MaxHeapSize）。

2. 调整CMS收集器的触发阈值（-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=75）。

3. 启用增量式并发收集（-XX:+CMSIncrementalMode）。

优化效果：调整后，Full GC的频率显著降低，应用响应时间恢复正常

（二）案例2：G1收集器的调优

问题描述：某大数据应用在运行过程中，频繁触发垃圾回收，导致停顿时间过长。

分析过程：

1. 通过GC日志发现，G1收集器的Mixed GC阶段耗时较长。

2. 使用JStat监控Region的使用情况，发现存在大量大对象。

解决方案：

1. 增加堆内存大小（-Xmx）。

2. 调整G1收集器的停顿时间目标（-XX:MaxGCPauseMillis=300）。

3. 增加Region的大小（-XX:G1HeapRegionSize=32m）。

优化效果：调整后，垃圾回收的停顿时间显著降低，应用运行更加稳定。

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四、高频面试问题总结（附答案要点）

1. 如何判断对象是否存活？

• 可达性分析：通过GC Roots链是否可达，具体列举至少4种GC Roots类型

2. 四种引用类型的区别？

• 强引用（Object obj = new Object()）：宁可OOM也不回收

• 软引用（SoftReference）：内存不足时回收，适合缓存

• 弱引用（WeakReference）：下次GC必回收

• 虚引用（PhantomReference）：无法通过它访问对象，跟踪对象被回收的状态

3. CMS收集器的工作流程与优缺点？

• 流程：初始标记（STW）→ 并发标记 → 重新标记（STW）→ 并发清除

• 优点：低延迟

• 缺点：内存碎片、CPU敏感、无法处理浮动垃圾

4. G1相比CMS的核心改进？

• 分区模型：将堆划分为多个Region，避免全堆扫描

• 可预测停顿：通过维护Region回收价值优先列表

• 算法升级：整体标记-整理，局部复制算法避免碎片

5. 如何排查内存泄漏？

• 步骤：

  1. jps获取进程ID

  2. jstat -gcutil观察GC频率

  3. jmap -histo:live生成堆直方图

  4. jmap -dump导出堆转储文件

  5. MAT工具分析对象引用链

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五、实战思考题

1. 为什么新生代需要两个Survivor区？ （答：解决复制算法空间浪费问题，单Survivor会导致每次复制后一半空间完全闲置）

2. 为什么G1适合大堆场景？ （答：Region划分可精准控制回收范围，避免全堆回收带来的长停顿）

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延伸学习建议：结合JVM参数(-XX:+UseG1GC等)与GC日志分析工具（GCViewer）进行实践观测，理解不同收集器的行为差异。