Java 垃圾回收機制深度解析：判定演算法、收集策略與主流收集器

Java 垃圾回收機制深度解析：判定演算法、收集策略與主流收集器

一、如何判定物件為「垃圾」？

1. 引用計數法

物件維護計數器，引用+1、釋放-1，歸零即回收。缺陷：無法解決循環引用。

MyObject obj1 = new MyObject();
MyObject obj2 = new MyObject();
obj1.ref = obj2;
obj2.ref = obj1;
obj1 = null; obj2 = null;  // 計數器皆為 1，永不回收

Java 不採用此法（Python 採用）。

2. 可達性分析法

從 GC Roots 向下搜尋，無法到達的物件判定為不可達。GC Roots 包含：

• 虛擬機棧區域引用的物件（區域變數表）
• 方法區靜態屬性/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

不可達物件需經歷兩次標記才真正回收：

1. 第一次標記：發現不可達
2. 篩選 finalize()：必要時執行最終化（不推薦使用）
3. 第二次標記：確認仍不可達 → 真正回收

3. 參考類型與回收關係

二、四大經典收集演算法

分代收集具體佈局

• 新生代：Eden + 2 個 Survivor (S0/S1)，採用複製演算法，預設比例 8:1:1
• 老年代：長期存活物件，採用標記-整理
• 永久代/元空間：類別元資料、常量、方法描述

GC 過程：Eden+S0 滿 → Minor GC → 存活者複製至 S1 → 清理 Eden+S0 → 角色互換。物件在 Survivor 熬過 MaxTenuringThreshold（預設 15）次 GC 晉升老年代。大物件（大陣列）直接進老年代。

三、HotSpot (JDK 7/8) 主流收集器

常用組合

• Serial + Serial Old：Client 模式預設
• ParNew + CMS：低延遲需求（JDK 8 常見）
• Parallel Scavenge + Parallel Old：高吞吐量、批次處理
• G1：大記憶體、多核、追求平衡（JDK 9+ 預設）

四、記憶體分配與 GC 觸發規則

1. 優先分配在 Eden
2. 大物件（需大量連續空間）直接進老年代，-XX:PretenureSizeThreshold 設定閾值
3. 長期存活物件進老年代，-XX:MaxTenuringThreshold 設定年齡閾值
4. 動態年齡判定：Survivor 區相同年齡物件總大小 > Survivor 一半，直接晉升
5. 空間分配擔保：Minor GC 前檢查老年代最大可用連續空間 > 新生代所有物件總大小，否則觸發 Full GC

五、參考資源

• 《深入理解 Java 虛擬機（第 2/3 版）》- 周志明
• 原文：https://www.cnblogs.com/dolphin0520/p/3783345.html