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Java 垃圾回收機制詳解與實測示例

編輯：Java 相關知識

什麼是 Garbage Collection (GC)？

Java 在 JVM 內建自動記憶體管理機制——垃圾回收器 (Garbage Collector)。它會不定期啟動，掃描堆積區，找出不再被任何引用指向的物件，並釋放其佔用的記憶體。這是 Java 與 C/C++ 等需手動管理記憶體語言最大的差異之一。

核心概念

達標物件：從 GC Roots（區域變數、靜態欄位、JNI 參考等）出發，透過引用鏈可到達的物件。
不可達物件：無任何引用鏈可達，視為垃圾，下次 GC 會回收。
Runtime.getRuntime()：取得唯一的 Runtime 實例，可查詢總/剩餘記憶體、手動觸發 gc()（僅建議，不保證立即執行）。

實測程式碼

public class GCTest {
    public static void main(String[] argv) {
        Runtime rt = Runtime.getRuntime();
        System.out.println("Program start");
        System.out.println("Free/Total memory (bytes): " + rt.freeMemory() + "/" + rt.totalMemory());

        MyObject obj1 = new MyObject(1);
        MyObject obj2 = new MyObject(2);
        MyObject obj3 = new MyObject(3);

        System.out.println("After created three MyObject objects");
        System.out.println("Free/Total memory (bytes): " + rt.freeMemory() + "/" + rt.totalMemory());

        obj1 = null;
        obj2 = null;
        obj3 = null; // 解除引用，變為不可達

        System.out.println("After released three MyObject objects");
        System.out.println("Free/Total memory (bytes): " + rt.freeMemory() + "/" + rt.totalMemory());

        // 建議 JVM 執行 GC（不保證立即執行）
        System.gc();
        System.out.println("After System.gc() suggestion");
        System.out.println("Free/Total memory (bytes): " + rt.freeMemory() + "/" + rt.totalMemory());
    }
}

class MyObject {
    private int id;
    private byte[] data = new byte[1024 * 100]; // 佔用約 100KB
    public MyObject(int id) { this.id = id; }
}

執行結果解讀

建立物件後，freeMemory 下降。
將引用設為 null 後，物件變為不可達，但 freeMemory 不會立即回升（GC 尚未跑）。
呼叫 System.gc() 後，若 GC 執行，freeMemory 會上升。

常見 GC 演算法簡介

演算法	特點
標記-清除	標記存活物件，清除其餘；產生記憶體碎片。
複製	將存活物件複製到另一區域；無碎片，但浪費一半空間。
標記-整理	標記後將存活物件向一端移動；無碎片，效率略低。
分代收集	新生代用複製，老年代用標記-整理；現代 JVM 主流策略。