JVM的垃圾处理机制详解

JVM的垃圾处理机制

一、垃圾回收的流程

JVM 的垃圾回收（Garbage Collection, GC）大体分为两步：

1. 可达性分析（找到谁是垃圾）
2. 垃圾回收算法（使用合适的算法处理垃圾）

二、可达性分析

可达性分析用来判断一个对象是否还存活。

JVM 会从一些 GC Roots（如虚拟机栈中的局部变量、方法区的静态变量、本地方法栈中的引用等）开始向外搜索，如果能通过引用链找到某个对象，那么该对象就是“可达”的，不会被回收；反之，就是“垃圾”。

需要注意：对象被标记为垃圾后，并不会立刻清除，而是等到下一次触发 GC 时才会被统一清理。

三、垃圾回收算法

常见的 GC 基础算法有三种：

标记-清除（Mark-Sweep）

• 过程：先标记所有存活对象，再清理未标记的垃圾对象。
• 缺点：会产生 内存碎片。

复制（Copying）

• 过程：将存活对象复制到另一块内存区域，清空原区域。
• 优点：速度快，没有碎片。
• 缺点：理论上浪费一半空间。
• 实际 JVM 中，新生代采用 Eden + 两个 Survivor 区（常见比例 8:1:1），大大提高了利用率。

标记-整理（Mark-Compact）

• 过程：标记存活对象后，将它们移动到一边，保持内存连续，再清理边界之外的垃圾。
• 优点：解决碎片问题。
• 缺点：移动对象需要额外开销。

四、分代收集

不同算法各有优劣，JVM 采用 分代收集（Generational GC） 的思想：

新生代

• 大多数对象朝生夕死。
• 使用 复制算法，快速回收。
• 新生代进一步划分为 1 个 Eden 区和2 个 Survivor 区。
• 对象先分配在 Eden，经过多次 Minor GC 存活下来的对象晋升到老年代。

老年代

• 存放生命周期较长的对象。
• 使用 标记-整理算法（或标记-清除 + 整理）。
• 避免来回复制带来的性能损耗。

大对象

• 一些特别大的对象可能会直接分配到老年代，避免在新生代中频繁复制。

五、现代 GC 收集器

在实际 JVM 中，基础算法往往会被组合和优化，形成不同的收集器：

1. Serial GC

• 特点：单线程，GC 时 Stop-The-World。
• 算法：新生代用复制算法，老年代用标记-整理。
• 适用场景：小应用、单核 CPU。

2. Parallel GC（吞吐量优先）

• 特点：多线程并行回收，追求吞吐量最大化。
• 适用场景：后台计算、大数据处理。
• 缺点：GC 停顿仍然较长。

3. CMS（Concurrent Mark-Sweep）

• 特点：并发标记和清除，减少停顿时间。
• 算法：基于标记-清除。
• 优点：适合对延迟敏感的应用（如 Web 服务）。
• 缺点：会产生内存碎片，吞吐量低于 Parallel GC；在 JDK 9 起被标记为废弃。

4. G1（Garbage-First）

• 特点：目前主流，JDK 9 之后默认收集器。
• 设计：堆被划分为多个 Region，每次优先回收垃圾最多的 Region。
• 优点：兼顾吞吐量和低延迟，可预测停顿时间（如 -XX:MaxGCPauseMillis=200）。
• 算法：新生代 → 复制；老年代 → 标记-整理。

5. 其他新一代收集器

• ZGC（JDK 11+）：超低延迟，GC 停顿 < 10ms，支持 TB 级堆。
• Shenandoah（JDK 12+）：与 ZGC 类似，低延迟 GC。

总结

• 新生代：复制算法（快速回收，大部分对象很快死亡）。
• 老年代：标记-整理（减少碎片，适合长期对象）。

常见收集器：

• 小应用：Serial GC
• 吞吐量优先：Parallel GC
• 低延迟：CMS（逐渐淘汰）、G1（主流）
• 超大堆/超低延迟：ZGC、Shenandoah

以上为个人经验，希望能给大家一个参考，也希望大家多多支持脚本之家。

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