图解Jvm 12.垃圾回收相关概念

1. System.gc()的理解 #

工作机制图解 #

核心要点 #

非强制调用：System.gc()本质是Runtime.getRuntime().gc()的封装，只是建议而非强制
执行不确定性：
- 可能触发Full GC（YoungGC+OldGC+MetaspaceGC）
- 具体行为取决于-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent参数
生产环境禁用建议：

-XX:+DisableExplicitGC  # 禁止显式GC调用
-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent  # 使用并发方式执行

2. 内存溢出与内存泄露 #

内存溢出（OOM）图解 #

常见OOM类型 #

Heap OOM：Java heap space
Metaspace OOM：Metaspace
栈OOM：Requested stack size exceeded
直接内存OOM：Direct buffer memory

内存泄漏（Memory Leak）案例 #

public class MemoryLeak {
    static List<Object> list = new ArrayList<>();

    public void addData() {
        for(int i=0; i<1000; i++){
            list.add(new byte[1024 * 1024]); // 持续添加大对象
        }
    }
}

泄漏特征 #

对象不再使用但仍被GC Roots引用
常见泄漏场景：
- 静态集合类
- 未关闭的资源（数据库连接、文件流）
- 监听器未注销

3. Stop The World #

STW发生机制图解 #

关键影响与优化 #

暂停时间指标：
- CMS：-XX:MaxGCPauseMillis=200（默认200ms）
- G1：-XX:MaxGCPauseMillis=200
优化策略：

-XX:+UseParallelGC       # 并行回收缩短STW
-XX:+UseConcMarkSweepGC  # CMS并发标记
-XX:+UseG1GC             # G1的可预测暂停

4. 垃圾回收的并行与并发 #

概念对比图解 #

技术实现细节 #

并行（Parallel）：

- <font style="color:rgba(0, 0, 0, 0.9);background-color:rgb(252, 252, 252);">典型场景：</font>`<font style="background-color:rgb(252, 252, 252);">-XX:+UseParallelGC</font>`<font style="color:rgba(0, 0, 0, 0.9);background-color:rgb(252, 252, 252);">（ParNew/Parallel Scavenge）</font>

并发（Concurrent）：

- <font style="color:rgba(0, 0, 0, 0.9);background-color:rgb(252, 252, 252);">典型场景：CMS的并发标记阶段</font>

5. 安全点与安全区域 #

安全点（Safepoint）机制 #

主动式中断实现 #

// HotSpot虚拟机源码片段
void SafepointSynchronize::block_jni_calls() {
    while (true) {
        if (SafepointSynchronize::is_synchronized() break;
        os::naked_short_sleep(1);  // 自旋等待
    }
}

安全区域（Safe Region） #

6. 再谈引用：强引用 #

强引用生命周期 #

典型代码示例 #

Object obj = new Object();  // 强引用
obj = null;  // 断开引用后对象可被回收

强引用与内存泄漏 #

7. 再谈引用：软引用 #

回收机制图解 #

典型使用场景 #

// 创建软引用对象
SoftReference<byte[]> softRef = new SoftReference<>(new byte[10 * 1024 * 1024]);

// 获取对象（可能返回null）
byte[] data = softRef.get(); 
if(data == null) {
    // 重新加载数据
}

参数调优 #

-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=1000  # 每MB空闲内存保留软引用1秒

8. 再谈引用：弱引用 #

生命周期图解 #

WeakHashMap应用 #

WeakHashMap<Key, Value> cache = new WeakHashMap<>();
Key key = new Key();
cache.put(key, new Value();

key = null;  // 下次GC时自动清理条目

9. 再谈引用：虚引用 #

对象跟踪机制 #

典型应用场景 #

// 创建虚引用（必须关联引用队列）
PhantomReference<Object> phantomRef = new PhantomReference<>(new Object(), queue);

// 监控对象回收（常用于堆外内存管理）
while(true) {
    Reference<?> ref = queue.remove();
    // 执行内存回收后续操作
}

10. 终结器引用 #

finalize()执行流程 #

代码警示案例 #

public class Zombie {
    static Zombie saved;

    @Override
    protected void finalize() {
        saved = this; // 对象复活
    }
}

11. 常见问题与解决方案 #

内存泄漏排查工具链 #

MAT分析步骤 #

生成堆转储文件

jmap -dump:format=b,file=heap.bin <pid>

查看支配树（Dominator Tree）
分析对象引用链

12. 高频面试问题与解答 #

问题1：System.gc()一定会触发GC吗？ #

答：不一定。取决于JVM实现和运行参数，使用-XX:+DisableExplicitGC会完全禁用该调用。

问题2：内存泄漏和内存溢出的区别？ #

答：

内存泄漏：对象不再使用但无法回收（长期积累导致OOM）
内存溢出：当前内存空间无法满足分配需求（可能瞬时发生）

问题3：如何减少STW时间？ #

答：

使用G1/CMS等低延迟收集器
调整堆大小：-Xmx4g -Xms4g
控制年轻代比例：-XX:NewRatio=2

问题4：弱引用和软引用的核心区别？ #

答：

软引用：内存不足时回收（适合缓存）
弱引用：发现即回收（适合辅助数据结构）

问题5：安全点如何影响GC性能？ #

答：

安全点过少 → STW等待时间增加
安全点过多 → 运行时性能损耗
优化方向：-XX:GuaranteedSafepointInterval=30000

总结图谱 #