图解Jvm 11.垃圾回收概述及算法

1. 垃圾回收概述 #

1.1 什么是垃圾？ #

技术定义： #

在JVM语境中，“垃圾"指失去所有引用的堆内存对象。判定标准：

关键特征： #

1. 不可达对象（通过GC Roots不可达）
2. 循环引用孤岛（彼此引用但整体不可达）
3. 特殊引用（软/弱/虚引用）的次级对象

1.2 为什么需要GC？ #

三大核心原因：

1. 内存安全：防止野指针和非法内存访问
2. 资源管理：自动回收不再使用的对象
3. 性能优化：通过内存整理提升访问效率

1.3 早期垃圾回收 #

技术演进路线：

1.4 Java垃圾回收机制 #

核心架构： #

关键特性： #

1. 自动内存管理：开发人员无需显式释放
2. 分代假设：弱分代假说/强分代假说
3. STW机制：安全点（Safepoint）控制

2. 垃圾回收相关算法 #

2.1 标记阶段：引用计数算法 #

实现原理： #

致命缺陷演示： #

循环引用问题：即使对象间互相引用，但因外部引用断开，实际已成为垃圾却无法被识别

2.2 标记阶段：可达性分析算法 #

核心原理： #

GC Roots类型： #

1. 虚拟机栈中的局部变量
2. 方法区静态属性引用
3. 方法区常量引用
4. 本地方法栈JNI引用
5. 同步锁持有对象

2.3 对象的finalization机制 #

生存判定流程： #

重要特性：<font style="background-color:rgb(252, 252, 252);">finalize()</font>方法只会被JVM调用一次，且不保证执行顺序

2.4 MAT与JProfiler的GC Roots溯源 #

实战操作流程： #

JProfiler溯源示例： #

2.5 清除阶段：标记-清除算法 #

执行过程详解： #

1. 标记阶段：通过可达性分析标记所有存活对象
2. 清除阶段：线性遍历堆内存，回收未被标记的对象块

缺陷分析： #

技术痛点： #

• 两次全堆扫描（标记和清除）效率低
• 清除后内存空间不连续，导致分配大对象时触发Full GC

2.6 清除阶段：复制算法 #

核心机制： #

• 内存划分：将可用内存分为两个等大的From和To区域
• 存活对象迁移：将From区存活对象复制到To区，并保持内存紧凑

优劣对比表： #

实战应用： #

2.7 清除阶段：标记-压缩算法 #

指针碰撞原理： #

适用场景： #

• 老年代垃圾回收（配合CMS或G1使用）
• 需要长期存活的大对象管理

性能影响： #

2.8 算法对比总结 #

2.9 分代收集算法 #

内存代际划分： #

回收策略矩阵： #

对象晋升流程： #

2.10 增量收集与分区算法 #

增量收集原理： #

分区算法优势： #

3. 垃圾回收常见问题与解决方案 #

3.1 内存泄漏问题 #

典型案例： #

1. 线程局部变量泄漏：ThreadLocal使用后未remove
2. 缓存失控增长：Guava Cache未设置过期策略
3. JNI引用未释放：本地方法分配的内存未回收

3.2 GC性能调优 #

调优决策树： #

参数配置矩阵： #

3.3 Full GC频繁触发 #

诊断流程图： #

常见诱因： #

1. 老年代空间分配担保失败
2. 元空间/metadata区溢出
3. System.gc()主动调用

4. 高频面试问题与解答 #

Q1：引用计数算法与可达性分析的本质区别？ #

答案要点：

Q2：对象自救的可行性及限制？ #

技术解析：

关键限制：

1. finalize()执行顺序不确定
2. 自救仅能执行一次
3. 不推荐生产环境使用

Q3：标记-清除算法导致的内存碎片如何影响系统？ #

影响路径：

解决方案对比：

Q4：G1收集器如何实现可预测停顿？ #

核心机制：

技术亮点：

1. 将堆划分为2048个Region（默认）
2. 基于回收效益的优先级排序
3. 使用Remembered Set处理跨代引用

Q5：如何排查OOM问题？ #

实战检查清单：

关键命令：

# 生成dump文件
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid>

# 查看对象直方图
jmap -histo <pid>

Q6：ZGC的核心创新点？ #

技术突破：

适用场景：

• 要求低延迟的金融交易系统
• 大内存云原生应用
• JDK15+生产环境