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JVM的垃圾回收机制（一次完整的GC流程）

news 2025/9/19 6:23:40

GC 由 JVM 自动触发，核心触发条件：

新生代空间不足：对象创建时若 Eden 区满，触发 Minor GC（仅回收新生代）；
老年代空间不足：Minor GC 后对象晋升到老年代，若老年代满，触发 Major GC/Full GC（回收老年代 + 新生代，可能含元空间）；
元空间不足：类加载时元空间（存储类信息、常量等）满，触发元空间清理；
主动调用：代码中调用 System.gc()（JVM 可忽略，仅为建议）。

新生代分为 Eden 区（80%）和两个 Survivor 区（S0、S1，各 10%），对象优先在 Eden 区创建，流程如下：

对象分配：新对象先存入 Eden 区，当 Eden 区满时，触发 Minor GC；
存活对象标记：用 可达性分析法 标记 Eden 区和 S0 区中 “存活的对象”（从 GC Roots 可达的对象）；
存活对象复制：将标记出的存活对象，按年龄（每经历一次 Minor GC 年龄 + 1）复制到 S1 区：
- 年龄未达阈值（默认 15）：直接复制到 S1 区；
- 年龄达阈值：晋升到 老年代（大对象可能直接进入老年代，避免频繁复制）；
清空无效对象：清空 Eden 区和 S0 区的无效对象（未被标记的垃圾）；
角色互换：S0 和 S1 区互换角色（下次 Minor GC 时，S1 作为 “from 区”，原 S0 作为 “to 区”），保证每次只有一个 Survivor 区存存活对象。

特点：Minor GC 频率高、耗时短（新生代对象存活时间短，复制成本低），采用 复制算法。

当老年代空间不足（如 Minor GC 后晋升的对象超过老年代剩余空间），触发 Major GC（有时也叫 Full GC，若同时回收新生代则为 Full GC），流程如下：

全局标记：用 可达性分析法 标记老年代、新生代中所有存活对象（GC Roots 遍历全堆）；
清除无效对象：
- 老年代采用 标记 - 清除算法 或 标记 - 整理算法：
  - 标记 - 清除：直接删除未标记的垃圾，效率高但会产生内存碎片；
  - 标记 - 整理：将存活对象向一端移动，然后清除边界外的垃圾，无碎片但耗时更长；
- 新生代同步执行一次 Minor GC（复制算法），清空无效对象；
内存整理（可选）：若老年代用标记 - 整理算法，移动存活对象后，更新对象引用地址（避免空指针）；
元空间清理：若元空间（永久代）满，清理未使用的类信息（如类加载器回收、类无引用），释放元空间内存。（注：元空间内存不足时采用的是FullGC算法）

GC 执行时会暂停应用线程（STW），避免线程操作与 GC 冲突，主流 JVM 通过优化减少 STW 时间：

Minor GC 的 STW：仅暂停线程短暂时间（毫秒级），复制存活对象时锁定新生代；
并发 GC（如 G1、ZGC）：将标记阶段拆分为 “初始标记”“并发标记”“最终标记”，仅初始和最终标记需 STW，并发标记阶段与应用线程并行，大幅缩短 STW 时间。

Minor GC 快：
新生代用复制算法，

Major GC 慢：
老年代用标记 - 清除 / 整理算法

Full GC 最慢：
需同时处理新生代和老年代，STW 时间可能长达几秒，严重影响应用响应性

标记 - 清除：老年代中多用于低延迟收集器（如 CMS），优先保证回收速度，通过定期整理缓解碎片。
标记 - 整理：老年代中多用于吞吐量优先或稳定性要求高的收集器（如 Serial Old、Parallel Old、G1），通过消除碎片保证长期内存分配效率。

JDK 8 用元空间替代永久代，主要差异如下：

特性	永久代（JDK 7 及之前）	元空间（JDK 8 及之后）
内存区域	属于 JVM 堆内存的一部分	属于本地内存（Native Memory）
大小限制	默认有固定大小（可通过 `-XX:PermSize` 和 `-XX:MaxPermSize` 调整）	默认无上限（受本地内存大小限制，可通过 `-XX:MaxMetaspaceSize` 限制）
内存溢出风险	容易因类过多导致 `PermGen OOM`	内存溢出风险降低（除非本地内存耗尽）
垃圾回收	依赖 JVM 堆的 GC 机制	独立的元空间 GC 机制，当元空间不足时触发