JVM 垃圾回收核心原理：從對象存活判定到分代收集算法

GC 回收什麼？

Java 記憶體模型中，程序計數器、虛擬機棧、本地方法棧隨線程生滅，棧幀隨方法出棧自動釋放，無需 GC 介入。
GC 核心針對：堆、方法區（類信息、常量、靜態變量）。這兩區內存分配動態，只有運行時才知創建哪些對象。

垃圾檢測算法

引用計數法

對象添加引用計數器，引用+1，釋放-1。
致命缺陷：無法處理循環引用（A→B，B→A，外部無引用，計數器永不歸零）。

可達性分析算法

以 GC Roots 為起點（棧局部變量、方法區靜態屬性/常量、本地方法棧 JNI 引用等），向下搜索引用鏈。
不可達對象 = 垃圾。採用 Dijkstra 著色算法（白/灰/黑），時間複雜度 O(n)。

垃圾回收算法

1. 標記-清除

標記垃圾 → 直接清除。
缺點：內存碎片化，大對象分配困難。

2. 複製算法

內存劃分為兩塊，每次只用一塊。GC 時將存活對象複製到另一塊，清空已用塊。
優點：無碎片、分配指針碰撞極快。
缺點：空間利用率 50%。
現代商業 JVM 新生代優化：Eden:Survivor = 8:1:1，實際可用 90%。

3. 標記-整理

標記垃圾 → 清除 → 存活對象向一端移動整理。
優點：無碎片、空間利用率高。
缺點：移動對象需更新引用，速度最慢，難以並發。

JVM 實際採用：分代收集算法

基於弱代假說：
① 大多數對象朝生夕死
② 熬過多次 GC 的對象難以消亡

堆劃分：

• 新生代：Eden + 2 Survivor，採用複製算法
• 老年代：存活率高，採用標記-整理或標記-清除
• 持久代/元空間：類元數據，極少 GC

七大收集器在分代模型中的定位

CMS 並發標記流程詳解

1. 初始標記 (STW)：標記 GC Roots 直接可達對象
2. 並發標記：從 Roots 遍歷對象圖，耗時長但並發
3. 重新標記 (STW)：修正並發階段因應用線程導致的引用變動（增量更新/原始快照）
4. 並發清除：清理不可達對象，並發進行

G1 Region 與 RSet 機制

• 堆劃分為最多 2000 個 Region (1-32MB)，邏輯上屬於 Eden/Survivor/Old
• 每個 Region 維護 Remembered Set：記錄其他 Region 指向本 Region 的引用
• GC 時只需掃描 RSet 而非全堆，實現 Region 級並行回收
• 篩選回收：按 回收價值 = 可回收空間 / 回收耗時 排序，優先回收高價值 Region

總結

1. 可達性分析解決循環引用問題，是現代 JVM 判定垃圾的基石
2. 三大基礎算法各有優劣，分代收集將其組合發揮最大效能
3. 收集器演進路線：串行 → 並行 → 並發 → 分區並發 (G1) → 低延遲可預測 (ZGC/Shenandoah)
4. 調優核心：理解業務對停頓/吞吐敏感度，選擇合適收集器組合與堆大小