JVM 垃圾回收

什么是垃圾回收

垃圾回收(Garbage Collection, GC)是 Java 虚拟机(JVM)中的一个重要机制,用于自动管理和回收不再使用的内存空间。

垃圾回收的对象

JVM 中的垃圾回收主要针对堆内存中的对象实例。当一个对象不再被任何其他对象引用时,就会被标记为垃圾对象,等待被回收。

垃圾回收算法

1. 标记-清除算法(Mark-Sweep)

标记阶段:标记所有存活的对象
清除阶段:回收未被标记的对象
缺点:会产生内存碎片

2. 复制算法(Copying)

将内存分为两块,每次只使用其中一块
当这一块内存用完,将存活对象复制到另一块
优点:不会产生内存碎片
缺点:内存使用率低

3. 标记-整理算法(Mark-Compact)

标记阶段:标记存活对象
整理阶段:将存活对象向一端移动
优点:不会产生内存碎片
缺点:移动对象成本较高

4. 分代收集算法

将堆内存分为新生代和老年代
新生代使用复制算法
老年代使用标记-清除或标记-整理算法

垃圾收集器

JVM 提供了多种垃圾收集器,适用于不同的场景:

1. Serial 收集器

单线程收集器
工作时需要暂停所有用户线程(Stop The World)
简单高效,适用于单 CPU 环境
新生代采用复制算法,老年代采用标记-整理算法

2. ParNew 收集器

Serial 收集器的多线程版本
除了使用多线程进行垃圾收集外,其他特性与 Serial 收集器一样
是 CMS 收集器的默认搭配收集器

3. Parallel Scavenge 收集器

新生代收集器,使用复制算法
并行多线程收集
关注吞吐量(运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间))
提供自适应调节策略

4. CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器

以获取最短回收停顿时间为目标
基于标记-清除算法
并发收集,用户线程和垃圾收集线程同时工作
适用于对响应时间要求较高的应用

5. G1(Garbage First)收集器

面向服务端应用的收集器
可以充分利用多 CPU、多核环境
将堆内存划分为多个大小相等的 Region
可预测的停顿时间模型
JDK 9 后的默认垃圾收集器

6. ZGC 收集器

JDK 11 中推出的低延迟垃圾收集器
基于 Region 内存布局
使用了读屏障、染色指针等技术
停顿时间不超过 10ms

GC 调优

常用参数

-Xms: 初始堆大小
-Xmx: 最大堆大小
-XX:NewRatio: 新生代和老年代的比例
-XX:SurvivorRatio: Eden 区和 Survivor 区的比例
-XX:+UseSerialGC: 使用 Serial + Serial Old 收集器
-XX:+UseParNewGC: 使用 ParNew + Serial Old 收集器
-XX:+UseParallelGC: 使用 Parallel Scavenge + Parallel Old 收集器
-XX:+UseConcMarkSweepGC: 使用 ParNew + CMS + Serial Old 收集器
-XX:+UseG1GC: 使用 G1 垃圾收集器

调优策略

选择合适的垃圾收集器
合理设置内存大小
优化代码减少对象创建
及时释放无用对象
监控 GC 日志进行分析