JVM的垃圾處理機制

一、垃圾回收的流程

JVM 的垃圾回收（Garbage Collection, GC）大體分為兩步：

1. 可達性分析（找到誰是垃圾）
2. 垃圾回收算法（使用合適的算法處理垃圾）

二、可達性分析

可達性分析用來判斷一個對象是否還存活。

JVM 會從一些 GC Roots（如虛擬機棧中的局部變量、方法區(qū)的靜態(tài)變量、本地方法棧中的引用等）開始向外搜索，如果能通過引用鏈找到某個對象，那么該對象就是“可達”的，不會被回收；反之，就是“垃圾”。

需要注意：對象被標記為垃圾后，并不會立刻清除，而是等到下一次觸發(fā) GC 時才會被統(tǒng)一清理。

三、垃圾回收算法

常見的 GC 基礎(chǔ)算法有三種：

標記-清除（Mark-Sweep）

• 過程：先標記所有存活對象，再清理未標記的垃圾對象。
• 缺點：會產(chǎn)生 內(nèi)存碎片。

復制（Copying）

• 過程：將存活對象復制到另一塊內(nèi)存區(qū)域，清空原區(qū)域。
• 優(yōu)點：速度快，沒有碎片。
• 缺點：理論上浪費一半空間。
• 實際 JVM 中，新生代采用 Eden + 兩個 Survivor 區(qū)（常見比例 8:1:1），大大提高了利用率。

標記-整理（Mark-Compact）

• 過程：標記存活對象后，將它們移動到一邊，保持內(nèi)存連續(xù)，再清理邊界之外的垃圾。
• 優(yōu)點：解決碎片問題。
• 缺點：移動對象需要額外開銷。

四、分代收集

不同算法各有優(yōu)劣，JVM 采用 分代收集（Generational GC） 的思想：

新生代

• 大多數(shù)對象朝生夕死。
• 使用 復制算法，快速回收。
• 新生代進一步劃分為 1 個 Eden 區(qū)和2 個 Survivor 區(qū)。
• 對象先分配在 Eden，經(jīng)過多次 Minor GC 存活下來的對象晉升到老年代。

老年代

• 存放生命周期較長的對象。
• 使用 標記-整理算法（或標記-清除 + 整理）。
• 避免來回復制帶來的性能損耗。

大對象

• 一些特別大的對象可能會直接分配到老年代，避免在新生代中頻繁復制。

五、現(xiàn)代 GC 收集器

在實際 JVM 中，基礎(chǔ)算法往往會被組合和優(yōu)化，形成不同的收集器：

1. Serial GC

• 特點：單線程，GC 時 Stop-The-World。
• 算法：新生代用復制算法，老年代用標記-整理。
• 適用場景：小應用、單核 CPU。

2. Parallel GC（吞吐量優(yōu)先）

• 特點：多線程并行回收，追求吞吐量最大化。
• 適用場景：后臺計算、大數(shù)據(jù)處理。
• 缺點：GC 停頓仍然較長。

3. CMS（Concurrent Mark-Sweep）

• 特點：并發(fā)標記和清除，減少停頓時間。
• 算法：基于標記-清除。
• 優(yōu)點：適合對延遲敏感的應用（如 Web 服務(wù)）。
• 缺點：會產(chǎn)生內(nèi)存碎片，吞吐量低于 Parallel GC；在 JDK 9 起被標記為廢棄。

4. G1（Garbage-First）

• 特點：目前主流，JDK 9 之后默認收集器。
• 設(shè)計：堆被劃分為多個 Region，每次優(yōu)先回收垃圾最多的 Region。
• 優(yōu)點：兼顧吞吐量和低延遲，可預測停頓時間（如 -XX:MaxGCPauseMillis=200）。
• 算法：新生代 → 復制；老年代 → 標記-整理。

5. 其他新一代收集器

• ZGC（JDK 11+）：超低延遲，GC 停頓 < 10ms，支持 TB 級堆。
• Shenandoah（JDK 12+）：與 ZGC 類似，低延遲 GC。

總結(jié)

• 新生代：復制算法（快速回收，大部分對象很快死亡）。
• 老年代：標記-整理（減少碎片，適合長期對象）。

常見收集器：

• 小應用：Serial GC
• 吞吐量優(yōu)先：Parallel GC
• 低延遲：CMS（逐漸淘汰）、G1（主流）
• 超大堆/超低延遲：ZGC、Shenandoah

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。