Java 的垃圾收集（GC）机制是 JVM 提供的自动内存管理功能，帮助开发者避免手动内存管理的问题。在本文中，我们将通过代码示例，深入探讨 Java 垃圾收集的工作原理，包括 对象存活判定、垃圾回收流程、内存策略等内容。
目录
1. Java 垃圾收集的基本概念
Java 中的垃圾收集机制可以自动管理内存，避免了内存泄漏和溢出等问题。GC 是 JVM 中的核心功能之一，它通过自动回收不再使用的对象来释放内存空间。垃圾收集器依据对象的 可达性分析 来判定哪些对象可以回收。
在 Java 中，GC 会通过 可达性分析 作为主要算法判断对象是否存活，若对象不可达，则会被标记为垃圾，准备回收。
2. 对象存活判定：如何判断对象是否可以被回收
2.1 GC Roots
GC Roots 是垃圾回收的根基，它包括一些不受垃圾收集器控制的对象，如虚拟机栈中的引用、常量池中的引用等。
存活对象判定 依据这些 GC Roots 来判定对象是否存活。若一个对象没有直接或间接地通过 GC Roots 引用，则被认为是不可达的对象，可以被回收。
示例代码：
class Person {
private String name;
public Person(String name) {
this.name = name;
}
public String getName() {
return name;
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
super.finalize();
System.out.println(this.name + " is being collected");
}
}
public class GCExample {
public static void main(String[] args) {
Person person1 = new Person("John");
Person person2 = new Person("Alice");
person1 = null; // Person1 becomes eligible for GC
System.gc(); // Request JVM to perform garbage collection
}
}
2.2 说明：
- 代码中创建了两个
Person对象，并且通过将person1置为null，使其变为垃圾对象。 - 通过调用
System.gc()来手动触发垃圾回收。注意，JVM 在实际运行时不一定立即进行垃圾回收，手动触发的垃圾回收可能会被忽略。
输出（可能）：
John is being collected
2.3 可达性分析
通过以上代码，person1 变为不可达对象，JVM 会将其标记为垃圾对象，然后进行回收。
3. 垃圾回收流程：从标记到清除
垃圾回收的过程可以简化为以下步骤：
3.1 标记（Marking）
JVM 会通过可达性分析算法从 GC Roots 开始，遍历所有可达对象，并将这些对象标记为“存活”。
3.2 清除（Clearing）
在标记过程之后，JVM 会回收所有没有被标记为存活的对象，并释放它们占用的内存。
3.3 整理（Compaction）
垃圾回收后，堆内存中可能会存在空洞或碎片，因此 JVM 会对存活对象进行整理，将它们挪到堆的一侧，回收不再使用的内存空间。
4. 内存管理策略：JVM 堆与非堆的划分
JVM 内存管理分为 堆（Heap） 和 非堆（Non-Heap）。垃圾收集器主要关注堆内存。
4.1 堆内存
- 年轻代（Young Generation）：新创建的对象首先分配在年轻代，年轻代又分为 Eden 区 和两个 Survivor 区（S0 和 S1）。
- 老年代（Old Generation）：存活时间较长的对象会被移入老年代。
- 永久代（Permanent Generation）：存储类的元数据、常量池等（JDK 8 后，永久代被替换为 Metaspace）。
4.2 非堆内存
包括方法区和直接内存（Direct Memory）。方法区用于存放类的信息，如类的字节码、静态变量等。
5. 常见的垃圾收集器与算法
5.1 Serial 收集器
Serial 收集器是一个单线程收集器，它通过一个线程来执行所有的垃圾回收操作。适用于内存比较小或者对垃圾回收暂停时间要求不高的环境。
5.2 Parallel 收集器
Parallel 收集器使用多个线程来进行垃圾回收，适用于多核机器，能够提高吞吐量。
5.3 CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器
CMS 旨在尽量减少垃圾回收时的停顿时间，适合对低延迟有较高需求的应用。
5.4 G1 收集器
G1 收集器是从 JDK7 起出现的，旨在提供可预测的停顿时间，适合大内存、高吞吐量和低延迟的应用。
6. 垃圾收集优化与调优
6.1 GC 日志分析
通过 JVM 参数 配置 GC 日志，分析垃圾回收的行为，可以帮助优化 GC 过程。
java -Xlog:gc* -jar MyApplication.jar
6.2 调优策略
- 调整堆大小：通过
-Xms和-Xmx参数调整堆的初始和最大大小。 - 选择合适的收集器：根据应用需求选择不同的垃圾收集器（如
-XX:+UseG1GC启用 G1 收集器）。 - 避免频繁创建短生命周期对象：减少无意义的对象创建，可以减少垃圾回收的负担。
7. 总结
Java 的垃圾收集机制是通过自动管理内存来减轻开发者的负担，它包括 可达性分析、垃圾回收的标记-清除-整理流程 和 JVM 堆与非堆的划分 等概念。JVM 提供了多种垃圾收集器，每个收集器都有不同的特点，适用于不同的场景。
- 标记-清除-整理 是垃圾回收的基础过程。
- 可达性分析 是判断对象存活与否的关键算法。
- 内存管理策略 和 垃圾收集器的选择 是优化性能的关键。
理解垃圾收集的原理和调优策略能够帮助开发者在高并发、内存紧张等场景下编写更加高效和稳定的 Java 程序。
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