JVM 垃圾收集深度解析（一）：核心算法與記憶體管理基礎

對象創建與 GC 職責

Java 透過 new、newarray 等指令創建對象，當不再使用時由 GC 回收。JVM 規範未強制特定 GC 技術，甚至允許無 GC 實現，但必須自動管理記憶體、避免碎片導致 OOM。

GC 兩大核心任務

1. 檢測垃圾：建立根對象集（局部變量、操作數棧、類常量池、JNI 引用等），從根出發可達即為存活。
2. 回收空間：釋放不可達對象記憶體，並整理碎片形成連續空閒區。

根對象來源詳解

• 線程棧幀中的局部變量引用與操作數棧引用。
• 已加載類的常量池引用（類名、方法名、字符串常量等）。
• JNI 傳遞且未釋放的對象引用。
• 方法區中存放於 GC 堆內的類元數據（可實現類卸載）。
• 保守式 GC 視基本類型為潛在指針，但不處理。

經典垃圾檢測算法

引用計數法

每個對象維護計數器，引用+1，失效-1，歸零即回收。致命缺陷：無法處理循環引用，且增減計數開銷大，現代 JVM 已棄用。

追蹤收集器：標記-清除

從根節點遍歷對象圖，標記所有可達對象；掃描堆，未標記者為垃圾回收。標記可存在對象頭或獨立位圖。

碎片整理策略

壓縮收集

將存活對象向堆一端滑動，形成大塊連續空間。需更新引用，常透過「句柄表」間接寬址：引用指向句柄，句柄指向實體，移動時只改句柄。缺點：每次訪問多一次間接查找。

複製收集

將堆劃為兩半，每次只用一半。滿時暫停，將存活對象複製到另一半，原半區全清空。優點：無碎片、分配極快（指針遞增）。缺點：記憶體利用率僅 50%。

分代收集器

結合複製與標記清除：

• 新生代：採用複製算法（Eden + 2 Survivor），頻繁收集，存活極少。
• 老年代：標記-清除/壓縮，收集頻率低。
• 對象經過多次 GC 存活即晉升老年代。

分代思想可套用於任何基礎算法，核心是「針對不同年齡對象採用不同策略」，大幅提升整體吞吐量與暫停表現。

圖解：停止-複製算法 9 步驟

圖示展示雙半區輪換、存活對象來回複製、垃圾整區清除的動態過程。