JVM 記憶體結構與 GC 核心原理：運行時資料區、垃圾收集算法、Minor/Full GC 觸發條件

JVM 記憶體結構與 GC 核心原理完整總結

一、JVM 運行時資料區（五大區域）

直接記憶體

非 JVM 運行時區域，NIO DirectByteBuffer 分配堆外記憶體，避免堆內複製，受 -XX:MaxDirectMemorySize 限制。

二、堆記憶體分代結構

• 新生代：Eden + Survivor (From + To)，參數 -XX:SurvivorRatio（預設 8:1:1）
• 老年代：存活多次 Minor GC 的物件
• 永久代/元空間：方法區實作

三、物件存活判定算法

1. 引用計數法：簡單但無法解決循環引用，JVM 未採用
2. 可達性分析法：從 GC Roots 向下搜尋，無引用鏈則可回收

GC Roots 包含：

• 虛擬機棧引用的物件
• 方法區類靜態屬性/常量引用的物件
• 本地方法棧 JNI 引用的物件
• 同步鎖持有的物件

四種引用強度：

• 強引用：Object o = new Object()，永不回收
• 軟引用：SoftReference，記憶體不足時回收
• 弱引用：WeakReference，下次 GC 回收
• 虛引用：PhantomReference，唯一用途：收到 GC 通知

四、垃圾收集算法

五、GC 類型與觸發條件

Minor GC (Young GC)

• 觸發：Eden 空間不足分配新物件
• 範圍：僅新生代
• 頻率：高，耗時短
• 大物件直接進老年代（-XX:PretenureSizeThreshold）

Full GC

• 觸發條件：
  1. 老年代空間不足
  2. 永久代/元空間不足
  3. 系統呼叫 System.gc()
  4. Heap 分配策略動態變化
  5. Minor GC 時老年代預留空間不足
• 範圍：整個堆 + 方法區
• 耗時：長，需盡量減少

六、常見記憶體洩漏場景

• 靜態集合持有物件引用未清理
• 監聽器/回調未移除
• ThreadLocal 未 remove()
• 連接池/資源池未正確釋放