上一篇
如何正确使用Java的GC方法提升程序性能？
Java的GC（垃圾回收）是一种自动内存管理机制，通过识别并回收不再使用的对象释放内存空间，常见算法包括标记-清除、复制、标记-整理及分代收集，分别针对不同场景优化内存回收效率，减少碎片化问题，由JVM自动触发执行，开发者无需手动干预。
在Java开发中，垃圾回收（Garbage Collection, GC） 是自动管理内存的核心机制，开发者无需手动释放对象占用的内存，JVM通过GC算法自动回收“无用对象”，理解GC的工作原理、常见算法及优化方法,是提升Java应用性能的关键。
为什么需要垃圾回收？
在Java中，对象存储在堆内存中，随着程序运行，堆内存可能被无用的对象占满，导致内存溢出（OutOfMemoryError）,GC的目标是：
- 自动回收无效对象,释放内存空间。
- 减少内存泄漏风险,避免程序崩溃。
- 优化内存分配效率,提升吞吐量或降低延迟。
垃圾回收的判定标准
JVM如何判断对象是否为“垃圾”？常用两种算法：
- 引用计数法
每个对象维护一个引用计数器，当计数器归零时，对象被视为垃圾，但此方法无法解决循环引用问题（例如对象A引用B，B也引用A）。 - 可达性分析（根搜索算法）
从GC Roots（如虚拟机栈中的局部变量、方法区中的静态变量等）出发，遍历所有存活对象,未被引用的对象标记为垃圾。
主流垃圾回收算法
标记-清除（Mark-Sweep）
- 原理：
- 标记所有存活对象；
- 清除未标记的对象。
- 优点：实现简单，适合老年代回收。
- 缺点：产生内存碎片；两次遍历导致效率低。
复制（Copying）
- 原理：
将内存分为两块（From和To区），存活对象从From复制到To区,随后清空From区。 - 优点：无内存碎片；效率高。
- 缺点：内存利用率仅50%；适合对象存活率低的新生代。
标记-整理（Mark-Compact）
- 原理：
- 标记存活对象；
- 将所有存活对象向一端移动；
- 清理边界外的内存。
- 优点：避免碎片化，适合老年代。
- 缺点：移动对象增加时间成本。
分代收集（Generational Collection）
- 原理：
基于“弱分代假说”（大部分对象朝生夕死），将堆内存分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），分别采用不同算法：- 新生代：使用复制算法（默认采用
Parallel Scavenge或ParNew收集器）。 - 老年代：使用标记-清除或标记-整理算法（如
CMS、G1）。
- 新生代：使用复制算法（默认采用
常见垃圾收集器及选择
| 收集器 | 适用区域 | 算法 | 特点 |
|---|---|---|---|
| Serial | 新生代 | 复制 | 单线程，适合客户端应用或小内存场景。 |
| Parallel Scavenge | 新生代 | 复制 | 多线程，关注吞吐量（-XX:+UseParallelGC）。 |
| ParNew | 新生代 | 复制 | 多线程，与CMS配合使用（-XX:+UseParNewGC）。 |
| CMS | 老年代 | 标记-清除 | 低延迟，但内存碎片多（-XX:+UseConcMarkSweepGC）。 |
| G1（Garbage-First） | 全堆 | 区域化分代+标记-整理 | 平衡吞吐与延迟，适合大堆（-XX:+UseG1GC，JDK9后默认）。 |
| ZGC | 全堆 | 染色指针+读屏障 | 亚毫秒级延迟，适合TB级堆（JDK11+，-XX:+UseZGC）。 |
GC调优的实战建议
监控GC状态
使用jstat、jvisualvm或GC日志（-Xlog:gc*）分析吞吐量、停顿时间及内存使用。jstat -gcutil <pid> 1000 # 每1秒输出一次GC统计
合理设置堆大小
- 初始堆（
-Xms）和最大堆（-Xmx）设为相同值,避免动态调整开销。 - 新生代大小建议占总堆的1/3到1/2（
-XX:NewRatio）。
- 初始堆（
选择收集器
- 高吞吐量：
Parallel Scavenge+Parallel Old。 - 低延迟：
ParNew+CMS或G1/ZGC。
- 高吞吐量：
避免内存泄漏
即使有GC，仍需警惕长生命周期集合类（如static Map）持有无用对象。
Java的垃圾回收机制通过自动内存管理简化了开发，但不同场景下需针对性调优，理解算法原理、收集器特性及监控工具的使用，是构建高性能应用的基础，随着JDK版本迭代（如ZGC和Shenandoah的引入），GC技术正朝着更低延迟、更大堆内存支持的方向发展。
引用说明
- Oracle官方文档：Java Garbage Collection Basics
- 《深入理解Java虚拟机》（周志明 著）
- OpenJDK源码及GC白皮书
- 技术博客：Baeldung、Plumbr GC Handbook
