JVM 深度解析（六）：垃圾回收機制全景圖

編輯：Java 綜合教學

從手動管理到自動回收：GC 的演進與核心

C/C++ 開發者擁有內存管理的至高權力，卻也背負著內存洩漏與溢出的沉重擔子。Java 程序員則受惠於 JVM，將內存管理交給垃圾回收器（GC）。本文系統梳理 對象存活判定、回收算法、收集器實現、內存分配策略、核心參數 五大維度，構建 GC 完整知識體系。

為每個對象添加計數器，引用+1，失效-1，歸零即回收。主流 JVM 未採用，因無法解決 循環引用 問題：

MyObject obj1 = new MyObject();
MyObject obj2 = new MyObject();
obj1.ref = obj2;
obj2.ref = obj1;
obj1 = null; obj2 = null; // 計數器永不歸零，實際已不可用

以 GC Roots（虛擬機棧引用、方法區靜態屬性/常量引用、本地方法棧 JNI 引用等）為起點，向下搜索形成引用鏈。不可達對象 ≠ 立即回收，需經歷 兩次標記 確認無「復活」可能（finalize() 重新建立引用）才真正判死刑。

算法	核心思想	優點	缺點	適用場景
標記-清除	標記垃圾 → 統一清除	基礎簡單	效率低；產生大量不連續碎片	老年代（配合整理）
複製	內存劃兩塊，每次用一塊，存活對象複製到另一塊，再整塊清理	無碎片，分配極快（指針碰撞）	浪費 50% 空間	新生代（存活率低）
標記-整理	標記後，存活對象向一端移動，清理邊界外內存	無碎片，空間利用率高	移動對象開銷大	老年代（存活率高）
分代收集	按對象壽命劃分新生代/老年代，分別採用最適算法	綜合效能最優	實現複雜	所有商業 JVM 默認

收集器 = 算法的具體實現，不同廠商、版本差異極大。下表梳理核心收集器特性與組合：

收集器	代別	算法	線程	特點/優勢	典型組合
Serial	新生代	複製	單	Client 模式默認，簡單高效	+ Serial Old
ParNew	新生代	複製	多	Serial 多線程版，縮短停頓	+ Serial Old / CMS
Parallel Scavenge	新生代	複製	多	關注吞吐量，適合後台計算	+ Serial Old / Parallel Old
Serial Old	老年代	標記-整理	單	JDK 1.5 前 Parallel Scavenge 搭檔	+ Parallel Scavenge
Parallel Old	老年代	標記-整理	多	多核優勢，配合 Parallel Scavenge 吞吐量最大化	+ Parallel Scavenge
CMS	老年代	標記-清除	多	關注最短停頓，並發收集，適合高交互	ParNew + CMS + Serial Old(備用)

CMS 關鍵細節：初始標記/重新標記需 STW，並發標記/清除不停頓；預設老年代 68% 觸發 Full GC；碎片整理參數 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection；G1 於 JDK 1.7 正式發布，打破代別概念，此處不再展開。

新生代：Eden + Survivor0 + Survivor1（默認 8:1:1）。新對象優先 Eden，Minor GC 複製存活對象在 Survivor 間輪換，年齡達閾值（默認 15）進老年代。-XX:MaxTenuringThreshold 控制。
老年代：長壽對象聚集地，Major/Full GC 頻率低。大對象（長字串/大數組）可直接進老年代（-XX:PretenureSizeThreshold）。Card Table 記錄老年代→新生代引用，加速 Minor GC 掃描。
永久代/元空間：存放 Class/Metadata。常量池、無用類可回收（需滿足三條件），-Xnoclassgc 可關閉類卸載。

類別	參數	含義
堆設置	`-Xms`	初始堆大小
	`-Xmx`	最大堆大小
	`-XX:NewSize`	新生代大小
	`-XX:NewRatio`	新生代:老年代比例（如 3 即 1:3）
	`-XX:SurvivorRatio`	Eden:Survivor 比例（如 3 即 3:2，單 Survivor 佔 1/5）
	`-XX:MaxPermSize`	永久代大小（JDK 8 後為元空間）
收集器選擇	`-XX:+UseSerialGC`	串行收集器
	`-XX:+UseParallelGC`	並行收集器（吞吐量優先）
	`-XX:+UseParallelOldGC`	並行老年代收集器
	`-XX:+UseConcMarkSweepGC`	並發收集器（停頓優先）
日誌輸出	`-XX:+PrintGCDetails`	GC 詳細信息
	`-XX:+PrintHeapAtGC`	GC 前後堆詳情
	`-XX:+PrintGCTimeStamps`	GC 時間戳
	`-XX:+PrintTenuringDistribution`	對象年齡分佈
	`-XX:+HandlePromotionFailure`	老年代分配擔保
並行調優	`-XX:ParallelGCThreads`	並行收集線程數
	`-XX:MaxGCPauseMillis`	最大停頓時間（Parallel Scavenge）
	`-XX:GCTimeRatio`	吞吐量比例 1/(1+n)
CMS 調優	`-XX:+CMSIncrementalMode`	增量模式（單 CPU）
CMS 調優	`-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction`	觸發 Full GC 老年代佔比（默認 68%）