🔍 常见垃圾回收算法详解：从理论到HotSpot实战

🧠 一、GC算法：内存管理的艺术

💡 为什么需要多种算法？

在 JVM 中，垃圾回收（Garbage Collection，GC）一直是性能调优和系统稳定性的核心环节。
为什么需要多种垃圾回收算法？

• 不同生命周期的对象：绝大多数对象“朝生夕死”，少数对象会长期存活。

• 不同的内存区域：新生代（Young Gen）和老年代（Old Gen）在分配策略和回收特征上差异很大。

• 不同的业务场景：低延迟应用（金融、交易） vs 吞吐量优先（大数据、日志处理）。

因此，JVM 发展出了多种垃圾回收算法，并通过分代机制灵活组合。

​​GC算法选型矩阵​​：

场景	推荐算法	HotSpot实现	特点
老年代	标记-清除	CMS	低延迟
新生代	标记-复制	Serial/Parallel Scavenge	高效
大堆	标记-整理	G1/ZGC	可控停顿

⚙️ 二、经典GC算法剖析

💡 1. 标记-清除（Mark-Sweep）

​​执行流程​​：

​​HotSpot源码片段​​：

// hotspot/share/gc/shared/markSweep.cpp
void MarkSweep::mark_sweep_phase1() {
  // 标记可达对象
  mark_roots();
  follow_stack();
}

void MarkSweep::mark_sweep_phase2() {
  // 清除不可达对象
  sweep_heap();
}

​​优缺点​​：

优点	缺点
实现简单	内存碎片
无暂停增长	两次遍历
适合老年代	分配效率低

🔄 2. 标记-复制（Mark-Copy）

​​内存布局​​：

​​执行流程​​：

1. 将Eden和Survivor存活对象复制到另一Survivor
2. 清空原区域

​​适用场景​​：

• 新生代（对象死亡率高）
• 内存碎片敏感场景

⚖️ 3. 标记-整理（Mark-Compact）

​​执行流程​​：

​​HotSpot实现​​：

// hotspot/share/gc/shared/space.hpp
void ContiguousSpace::compact() {
  // 对象滑动到空间起始位置
  ObjectStartArray::update_for_compaction();
}

优势​​：

• 解决碎片问题
• 允许顺序分配内存

🔄 三、分代回收机制

💡 分代假说（Generational Hypothesis）

⚙️ 分代内存布局

设计理念​​：

• 新生代：频繁回收 → 标记-复制
• 老年代：低频回收 → 标记-清除/整理

⚡ 四、新生代与老年代回收实战

💡 新生代回收（Minor GC）

​​对象晋升流程​​：

​​GC日志分析​​：

[GC (Allocation Failure) 
  [PSYoungGen: 16384K->2048K(18944K)] 
  16384K->10240K(62976K), 0.005 secs]

• PSYoungGen​​：Parallel Scavenge收集器
• ​​16384K->2048K​​：新生代回收效果
• ​​16384K->10240K​​：整个堆回收效果

🔄 老年代回收（Full GC）

​​触发条件​​：

• 老年代空间不足
• 元空间不足
• System.gc()调用

​​标记-清除流程​​：

🔧 五、调优案例与参数解析

💡 内存分配策略

// 大对象直接进入老年代
-XX:PretenureSizeThreshold=1048576 // 1MB

// 长期存活对象晋升
-XX:MaxTenuringThreshold=15

⚙️ 关键调优参数

参数	作用	推荐值	场景
-XX:NewRatio	老年代/新生代比例	2	默认
-XX:SurvivorRatio	Eden/Survivor比例	8	新生代
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy	自适应调整	开启	动态负载
-XX:MaxGCPauseMillis	最大暂停时间	200ms	低延迟

💡 六、总结与最佳实践

⚖️ 算法对比全景图

算法	速度	空间开销	碎片	适用场景
标记-清除	中	低	高	老年代
标记-复制	快	高（50%）	无	新生代
标记-整理	慢	低	无	大堆应用

🏆 分代回收最佳实践

📝 调优黄金法则

1. ​​新生代调优​​:
   • 增大Eden减少Minor GC
   • 合理设置Survivor避免晋升
2. ​​老年代调优​​：
   • 避免过早晋升
   • 监控Full GC频率
3. ​​通用原则​​：
   • 初始堆=最大堆减少震荡
   • 优先满足吞吐量再优化延迟

记住：​​好的GC配置是稳定性的基石​​