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一文了解JVM的垃圾回收

news 来源：原创 2025/8/18 8:44:25

Java堆内存结构

java堆内存是垃圾回收器管理的主要区域，也被称为GC堆。

为了方便垃圾回收，堆内存被分为新生代、老年代和永久代。

新创建的对象的内存会在新生代中分配，达到一定存活时长后会移入老年代，而永久代存储的是类的元数据，在JDK1.8之后永久代被元空间取代，元空间不再位于堆内存中，而是位于本地内存，它们都是方法区的实现。

如何判断一个对象是垃圾呢？

堆中几乎存放了所有的对象实例，对堆进行垃圾回收首先是去判断哪些对象是垃圾。

引用计数法

在对象的对象头中会维护一个引用计数器，每有一个地方引用它，计数器就会加1，当断开引用了就会减1，当计数器的值为0时，说明这个对象是个垃圾。

这种方法简单，效率高，但是会有循环引用的问题。如果一个a对象和b对象之间互相引用，除此之外没有任何引用，那么ab对象的引用计数器的值都为1，就得不到释放。

可达性分析算法

以GC Roots对象为起点，向下搜索，节点走过的路劲成为引用链，如果一个对象没有引用链可以到达GC Roots对象，那么这个对象就是垃圾。

哪些对象是GC Roots对象？

虚拟机栈中(栈帧中局部变量表)引用的对象
本地方法栈中引用的对象
方法区中的静态变量和常量引用的对象
同步锁持有的对象

引用的类型

判断对象是否是垃圾还与引用的类型有关。

强引用：当我们去new对象的时候，创建的引用就是强引用，如果一个对象具有强引用，垃圾回收器宁愿抛出OOM错误也不会回收这个对象。

软饮用：如果内存充足就不回收，内存不足就会被回收。

弱引用：不管内存充不充足都会被回收。

虚引用："虚引用"顾名思义，就是形同虚设，与其他几种引用都不同，虚引用并不会决定对象的生命周期。如果一个对象仅持有虚引用，那么它就和没有任何引用一样，在任何时候都可能被垃圾回收。

垃圾回收算法

标记-清除算法

通过可达性分析算法找到存活对象，也就是在GC Roots引用链上的对象，标记它们，然后清除未标记的对象。

这种算法的效率较高，而且垃圾回收后有太多内存碎片，如果是数组这种需要连续内存的对象，可能找不到内存空间。

标记-整理算法

找到存活的对象，标记它们，并让它们向同一端移动，然后清除端边界之外的内存。

这种算法解决了内存碎片化的问题，但由于要整理，所以效率不高，适合老年代这种垃圾回收频率不高的场景。

标记-复制算法

标记-复制算法将内存分为相同的两块，只使用其中一块内存，当那一块内存使用完之后，找到存活的对象，标记它们，然后把它们移到另一块内存上，再把之前使用的那块内存全部清除掉。

这种算法效率较高，而且内存没有碎片化，但是内存使用率太低，只有一半。

分代收集算法

通过对象存活时间的不同将内存分为了新生代和老年代。

其中新生代又分为伊甸园区(eden)，幸存者区(S0、S1)。

新创建的对象会被分配到eden区，当eden区内存不足时，会采用标记-复制算法将eden区和
s0区(第一次复制没有对象)的存活对象复制到s1区，然后清除eden区和s0区的内存。之后又创建对象，当eden又满了之后就把eden区和s1区的存活对象复制到s0区，清除eden区和s1区的内存。由此循环，如果存活对象多次都没有被回收，会移到老年代中。

为什么要分代收集？为什么堆要被分为新生代和老年代？
因为这样可以根据各个年代的特点选择不同的垃圾回收算法，新生代的对象存活率低，就可以选择标记-复制算法，复制少量存活对象就可以完成垃圾回收；而老年代对象存活率高，不适合复制算法，采用标记-清除或者标记-整理算法。

什么是Minor GC、Full GC？
当进行垃圾回收的时候，会暂停所有线程去完成垃圾回收。
Minor GC ：发生在新生代的垃圾回收，当eden区满了会触发，暂停时间较短。
Full GC：对新生代和老年代进行完整的垃圾回收，当老年代内存不足时会触发，暂停时间长，要尽量避免。

垃圾回收器

Serial垃圾回收器

serial垃圾回收器也叫串行垃圾回收器，是一个单线程的垃圾回收期，进行垃圾回收的时候，会暂停其他所有的线程，直到收集结束。

Parallel垃圾回收器

也叫并行垃圾回收器，使用多线程进行垃圾回收，垃圾回收时也会暂停其余所有的线程。
JDK1.8默认使用此垃圾回收器。

CMS垃圾回收器

也叫并发垃圾回收器，它的暂停时间很短，GC线程和用户线程并发工作。

CMS垃圾回收器的回收过程分为四个阶段：
初始标记：去标记和GC Roots对象直接连接的对象，会暂停其余线程，但时间很短。
并发标记：之后根据引用链标记其余的可达对象，不会暂停其余线程。
重新标记：防止在并发标记期间有新对象创建而漏标，会暂停其余线程，暂停时间短。
并发清除：清除未标记的对象，不会暂停其余线程。

G1垃圾回收器

G1垃圾回收器是JDK9之后默认的垃圾回收器。它将内存分为多个区域，每个区域都可以充当eden区，Survivor区，old区，humongous区，其中humongous区专门用于存放大对象。

G1垃圾回收器采用复制算法回收垃圾，主要有两种回收方式：Young GC和Mixed GC

G1垃圾回收流程
Young GC（对年轻代的回收）：
首先新创建的对象会被分配到eden区，当eden区内存达到阈值后，触发Young GC，会选一个空区域作为幸存者区，然后将存活对象复制到幸存者区，并释放eden区的内存。

当eden再次达到阈值，触发Young GC，选出一个新的空区域作为幸存者区，将eden区和旧幸存者区的存活对象复制到新幸存者区，并释放eden和旧幸存者区的内存，当经过多次Yong GC后还存活的对象会被复制到老年代。

Mixed GC（对年轻代和部分老年代的回收）：
当老年代的内存达到一个阈值之后，会去并发标记老年代中的存活对象，无需暂停用户线程。
然后会去重新标记，防止并发标记导致漏标，此时会暂停用户线程。

之后进行Mixed GC，对年轻代和部分老年代进行垃圾回收。对于年轻代，将eden区和旧幸存者区的存活对象复制到新幸存者区，并释放内存；对于老年代，不会去回收所有的老年代，而是选出存活对象较少的老年代，将它们的存活对象复制到一个新的老年代，然后释放内存。

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