图解JVM - 11.垃圾回收概述及算法

图解JVM - 11.垃圾回收概述及算法

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/Anarkh_Lee/article/details/145896696

1. 垃圾回收概述

1.1 什么是垃圾？

在JVM语境中，"垃圾"指失去所有引用的堆内存对象。判定标准包括：

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：

finalize()

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