《深入理解Java虚拟机》第三章读书笔记：垃圾回收机制与内存管理
《深入理解Java虚拟机》第三章读书笔记：垃圾回收机制与内存管理
文章目录
- **《深入理解Java虚拟机》第三章读书笔记：垃圾回收机制与内存管理**
- **一、对象存活判定与引用类型**
- 1.1 对象存活判定算法
- 1.2 引用类型演进
- **二、垃圾收集算法体系**
- 2.1 基础算法对比
- 2.2 分代收集理论
- **三、经典垃圾收集器深度解析**
- 3.1 新生代收集器
- 3.2 老年代收集器
- 3.3 跨代收集器
- **四、内存分配策略与调优**
- 4.1 新生代分配策略
- 4.2 老年代分配策略
- 4.3 调优参数示例
一、对象存活判定与引用类型
1.1 对象存活判定算法
Java虚拟机通过可达性分析（Reachability Analysis）机制判断对象是否存活：
- GC Roots：包括虚拟机栈（局部变量表）、方法区（类静态属性）、本地方法栈（JNI引用）等根节点
- 三色标记法：通过白（未访问）、灰（已访问子对象）、黑（已访问）三色状态实现并发标记
- 安全点机制：通过
Stop-The-World确保枚举根节点时对象引用关系稳定
1.2 引用类型演进
JDK 1.2后引入的四种引用类型：
| 引用类型 | 触发条件 | 典型应用场景 |
|---|---|---|
| 强引用 | 默认引用，永不回收 | 核心业务对象 |
| 软引用 | 内存不足时回收 | 图片缓存、大对象缓冲 |
| 弱引用 | GC周期必然回收 | 实现WeakHashMap |
| 虚引用 | 跟踪回收状态 | 内存泄漏监控 |
二、垃圾收集算法体系
2.1 基础算法对比
（1）标记-清除算法
- 原理：标记所有存活对象后清除未标记区域
- 缺陷：产生内存碎片，导致大对象分配失败
- 改进：配合压缩整理阶段使用
（2）标记-复制算法
- 实现：将内存分为两块，仅使用其中一块（如Eden区）
- 优化：Survivor区采用
From/To双区交替复制 - 参数：
-XX:SurvivorRatio调整Eden与Survivor比例
（3）标记-整理算法
- 流程：标记存活对象后向内存一端移动
- 优势：消除内存碎片，适合老年代
- 代价：移动对象导致性能开销
2.2 分代收集理论
现代JVM采用分代式垃圾收集框架：
| 内存区域 | 对象特征 | 收集算法 | 典型收集器 |
|---|---|---|---|
| 新生代 | 短生命周期 | 复制算法 | Parallel Scavenge |
| 老年代 | 长存活对象 | 标记-整理/CMS | CMS/G1 |
| 方法区 | 类元信息 | 引用计数+分代 | ZGC |
三、经典垃圾收集器深度解析
3.1 新生代收集器
（1）Serial收集器
- 单线程串行执行
- 适合客户端模式（
-XX:+UseSerialGC） - 停顿时间与堆大小成正比
（2）ParNew收集器
-
Serial的多线程版本
-
与CMS配合使用（
-XX:+UseConcMarkSweepGC） -
线程数通过
-XX:ParallelGCThreads配置
3.2 老年代收集器
（1）CMS收集器
-
三阶段流程：
- 初始标记（STW）
- 并发标记
- 重新标记（STW）
- 并发清除
-
缺陷：
- 浮动垃圾导致Full GC
- 内存碎片需触发
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
（2）G1收集器
-
核心思想：
- 将堆划分为多个Region（1MB~32MB）
- 通过Remembered Set追踪跨Region引用
-
优势：
- 可预测的停顿时间模型
- 混合回收（Young GC + 部分old GC）
3.3 跨代收集器
在JDK 11当中，加入了实验性质的ZGC。它的回收耗时平均不到2毫秒。它是一款低停顿高并发的收集器。
与CMS中的ParNew和G1类似，ZGC也采用标记-复制算法，不过ZGC对该算法做了重大改进：ZGC在标记、转移和重定位阶段几乎都是并发的，这是ZGC实现停顿时间小于10ms目标的最关键原因。
ZGC
-
关键技术：
- 染色指针（Colored Pointer）
- 读屏障（Read Barrier）
- 并发压缩（Concurrent Compaction）
-
特性：
- 亚毫秒级停顿
- 支持TB级堆内存
四、内存分配策略与调优
4.1 新生代分配策略
- Eden优先原则：默认在Eden区分配
- 大对象直入老年代：
-XX:PretenureSizeThreshold（默认0） - 动态年龄判定：
-XX:MaxTenuringThreshold（默认15）
4.2 老年代分配策略
- 晋升阈值：Survivor区对象经历N次GC后晋升
- 空间分配担保：
-XX:-HandlePromotionFailure控制担保机制
4.3 调优参数示例
并行收集器配置 -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=8
G1收集器配置 -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200
ZGC收集器配置 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC
设置垃圾收集器（组合）的参数如下：
| 新生代 | 老年代 | JVM 参数 |
|---|---|---|
| Incremental | Incremental | -Xincgc |
| Serial | Serial | -XX:+UseSerialGC |
| Parallel Scavenge | Serial | -XX:+UseParallelGC -XX:-UseParallelOldGC |
| Parallel New | Serial | |
| Serial | Parallel Old | |
| Parallel Scavenge | Parallel Old | -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC |
| Parallel New | Parallel Old | |
| Serial | CMS | -XX:-UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC |
| Parallel Scavenge | CMS | |
| Parallel New | CMS | -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC |
| G1 | -XX:+UseG1GC |