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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：

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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：

1. 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）。
2. 栈（Stack）：存放方法调用和局部变量，无需GC。
3. 方法区（Method Area）：存储类结构，JDK8后由元空间实现。

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垃圾回收的核心原理

1. 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”。
2. 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。

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垃圾回收触发条件

1. 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。
2. 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。

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内存分配策略

1. 对象优先在Eden分配：多数对象朝生夕灭。
2. 大对象直接进老年代：避免在Survivor区复制。
3. 长期存活对象晋升老年代：对象年龄计数器记录存活次数。
4. 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。

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GC调优与监控

1. 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。
2. 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。

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常见问题与解决

1. 频繁Full GC：检查内存泄漏、老年代空间配置。
2. GC停顿过长：切换低延迟收集器（如G1/ZGC）。
3. 内存泄漏：通过堆转储分析对象引用链。

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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。