Java 內存模型與垃圾回收深度解析：運行時數據區、對象存活判定與 GC 算法演進

JVM 運行時數據區

Java 虛擬機在執行程式時將管理的內存劃分為若干區域（JDK 1.8+ 元空間取代永久代）：

對象存活判定：可達性分析算法

主流 JVM 採用可達性分析（非引用計數，避免循環引用問題）：

• 從 GC Roots 出發向下搜索，走過的路徑稱「引用鏈」。
• 對象到 GC Roots 無引用鏈相連 → 標記為可回收。

GC Roots 包含

1. 虛擬機棧中引用的對象（局部變量表）
2. 方法區中類靜態屬性引用的對象
3. 方法區中常量引用的對象
4. 本地方法棧中 JNI 引用的對象

四種引用類型與生命週期

經典 GC 算法演進

1. 標記-清除

兩階段：標記存活 → 清除未標記。缺點：效率低、產生大量內存碎片。

2. 複製算法

內存劃分為大小相等兩塊，每次用一塊，存活對象複製到另一塊，再清理已用半區。優點：無碎片、分配簡單（指針碰撞）。缺點：內存利用率仅 50%。
→ 現代新生代優化：Eden : Survivor = 8:1:1，僅浪費 10% Survivor 空間。

3. 標記-整理

標記後將存活對象向一端移動，清理邊界外內存。適用於老年代（存活率高、不適合複製）。

4. 分代收集

根據對象生命週期劃分區域，針對性選算法：

• 新生代：朝生夕死 → 複製算法（Eden + 2 Survivor）
• 老年代：存活率高 → 標記-整理

對象自我拯救

finalize() 可在 GC 首次標記後、第二次標記前執行一次「自救」（重新建立引用）。但：

• 優先級極低，執行時間不確定。
• 每個對象僅有一次機會。
• 已被 Deprecated（JDK 9+），建議用 Cleaner / PhantomReference 替代。

總結

理解 JVM 內存劃分、可達性分析、引用類型與分代算法，是排查 OOM、優化 GC、設計緩存體系的理論基石。