（干货篇）一篇文章看懂JVM的GC机制，教你进行JVM调优

java 虚拟机（JVM）的垃圾回收（GC）机制是自动管理内存的关键功能之一，旨在回收不再使用的对象所占用的堆内存。

1.为什么需要 GC

1. 内存管理复杂性：手动管理内存（如 C/C++）容易导致内存泄漏和野指针。
2. 自动化内存管理：GC 负责自动释放无用对象的内存，减少开发者负担。
3. 提高程序可靠性：避免程序因内存分配问题崩溃。

2.JVM 中的内存分代

JVM 将堆内存分为多个区域，以便更高效地进行垃圾回收。

1. 新生代（Young Generation）
   （1）包含三个区域：Eden 区和两个 Survivor 区（S0, S1）。
   （2）对象在此被创建，绝大多数对象很快就会被回收。
   （3）GC 类型：Minor GC
   1）回收新生代中存活时间短的对象。
   2）如果对象存活下来，会被移至 Survivor 区。

2. 老年代（Old Generation）
   （1）存储生命周期较长的对象（如长时间存活的缓存数据）。
   （2）GC 类型：Major GC / Full GC
   1）回收老年代中长期存活的对象。
   2）Full GC 会同时检查和回收整个堆内存（新生代 + 老年代）。

3. 方法区（非堆内存的一部分）
   （1）存储类元数据、静态变量、运行时常量池。
   （2）垃圾回收的频率较低，但需要回收废弃的类和方法。

3.GC 判定标准（触发时机）

1. 可达性分析算法（Reachability Analysis）
   （1） 以一组称为 GC Roots 的对象作为起点，向下搜索可达的对象。
   （2） 如果一个对象无法通过 GC Roots 被引用到，则被判定为垃圾。
   （3） GC Roots 包括：
   1）方法栈中的局部变量。
   2）活跃线程的静态变量。
   3）JNI 引用的对象。
2. 引用类型
   （1）强引用（Strong Reference）：不会被 GC 回收，除非引用被置为 null。
   （2）软引用（Soft Reference）：内存不足时会回收。
   （3）弱引用（Weak Reference）：下次 GC 一定会回收。
   （4）虚引用（Phantom Reference）：仅用于监控对象是否被回收。

4.GC 执行过程

1. Minor GC（新生代 GC）
   （1）回收新生代的无用对象。
   （2）存活对象被移动到 Survivor 区或老年代。
   （3）通常速度快，频率高。
2. ) Major GC / Full GC（老年代 GC）
   （1）回收老年代和新生代中的无用对象。
   （2）耗时较长，且会暂停应用线程（Stop-The-World）。
   （3）应尽量减少 Full GC 的触发。

5.常见的 GC 垃圾回收器

JVM 提供了多种垃圾回收器，适用于不同的场景：

1. Serial GC
   单线程垃圾回收，适用于单核 CPU 和小型应用。
2. Parallel GC
   多线程垃圾回收，适合高吞吐量场景。
3. CMS GC（Concurrent Mark-Sweep）
   并发标记和清理，减少停顿时间，适合低延迟场景。
4. G1 GC（Garbage First）
   将堆划分为多个区域，根据回收收益优先回收。
   减少 Full GC 的频率，适合大堆内存和低停顿需求的场景。
5. ZGC 和 Shenandoah
   低延迟 GC，支持超大堆内存，停顿时间通常在毫秒级。

6.JVM 垃圾回收的优化

1. 减少对象的生命周期
   （1）避免创建过多短命对象。
   （2）使用对象池（如线程池、连接池）。
2. 合理配置堆内存
   （1）新生代和老年代的比例可通过 JVM 参数调整，例如：
   设置 JVM 堆内存的初始大小为 512 MB， JVM 堆内存的最大大小为 1024 MB，新生代与老年代的堆内存比例为 1:2。

-Xms512m -Xmx1024m -XX:NewRatio=2

3. 优化垃圾回收器的选择
   （1）根据需求选择合适的回收器（如低延迟或高吞吐量）。
4. 减少 Full GC
   （1）避免大对象频繁分配到老年代。
   （2）调整 GC 参数，例如：
   G1 GC 将堆划分为多个小区域（Region），动态选择高回收效率的区域进行回收。

-XX:+UseG1GC

7.垃圾回收的监控与调试

使用工具监控垃圾回收的运行状况：

1. VisualVM：可视化监控堆内存使用和 GC 活动。
2. JConsole：监控 JVM 的运行状态。
3. GC 日志：通过 JVM 参数启用，例如：
   在控制台打印详细的垃圾回收日志（包含：每次垃圾回收的类型（Minor GC、Major GC 等），回收前后堆内存的使用情况，回收所花费的时间等信息）。将 GC 日志保存到指定文件（gc.log）

-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:gc.log

8.最后附上一张JVM内存结构及工作原理图