Java的垃圾回收（GC）机制是JVM自动管理内存的核心，通过回收不再使用的对象释放堆内存，避免内存泄漏。其核心包括垃圾回收器和内存回收策略，以下从原理、算法、回收器类型及优化策略展开说明：
⚙️ 一、垃圾回收基本原理
- 对象存活判定
- 可达性分析算法：从GC Root（如虚拟机栈局部变量、静态属性、常量等）出发，遍历引用链。未被引用的对象标记为“不可达”，即垃圾。
- 引用类型：
- 强引用：普遍存在，只要存在则不会被回收。
- 软引用：内存不足时回收（适用于缓存）。
- 弱引用：下次GC时必回收。
- 虚引用：仅用于回收通知。
- 方法区回收
主要回收废弃常量（如未被引用的字符串）和无用类（需满足：实例全回收、类加载器已回收、Class对象未被引用）。
🔄 二、垃圾回收算法
- 标记-清除（Mark-Sweep）
- 步骤：标记所有可达对象 → 清除未标记对象。
- 缺点：内存碎片化，影响大对象分配效率。
- 复制算法（Copying）
- 步骤：将内存分为两块，存活对象复制到另一块 → 清空原区域。
- 应用：新生代（Eden区 + 两个Survivor区，默认8:1:1），Minor GC后存活对象移至Survivor。
- 缺点：空间利用率仅50%。
- 标记-整理（Mark-Compact）
- 步骤：标记可达对象 → 向内存一端移动 → 清理边界外空间。
- 应用：老年代，避免碎片化。
- 分代收集（Generational Collection）
- 新生代：对象存活率低，采用复制算法（Minor GC）。
- 老年代：对象存活率高，采用标记-清除或标记-整理（Major GC/Full GC）。
🛠️ 三、主流垃圾回收器及工作原理
回收器 | 特点 | 适用场景 |
Serial GC | 单线程执行GC，全程STW（Stop-The-World） | 客户端/小内存应用 |
Parallel GC | 多线程并行回收，提高吞吐量（-XX:+UseParallelGC） | 后台计算型应用（高吞吐需求） |
CMS GC | 并发标记清除，减少STW时间（分4阶段：初始标记→并发标记→重新标记→并发清除） | 低延迟Web服务 |
G1 GC | 分区堆（Region），优先回收垃圾最多区域；可预测停顿模型 | 大内存、高响应应用（JDK9+默认） |
ZGC/Shenandoah | TB级堆内存支持，停顿时间<10ms，全程并发 | 超低延迟场景（如金融交易） |
注：
- STW（Stop-The-World）：GC时暂停所有应用线程。
- 并发 vs 并行：并发指GC与应用线程交替执行；并行指多线程同时GC。
📊 四、内存分配与回收策略
- 对象分配原则
- 新生代Eden分配：多数对象在Eden区创建，空间不足时触发Minor GC。
- 大对象直入老年代：避免在Eden区频繁复制（如长数组）。
- 长期存活进老年代：对象年龄计数器达阈值（默认15）后晋升。
- GC触发条件
- Minor GC：Eden区满时触发。
- Full GC：老年代空间不足、方法区不足、或主动调用
System.gc()。
⚡ 五、优化建议
- 垃圾回收器选择
- 吞吐优先 → Parallel GC；
- 低延迟 → G1/ZGC；
- 小堆 → Serial GC。
- 关键参数调优
- 堆大小：
-Xms（初始堆）、-Xmx（最大堆）； - 新生代比例：
-XX:NewRatio（老年代/新生代比例）； - Surviv区调整：
-XX:SurvivorRatio（Eden/Survivor）。
- 监控工具
- JVisualVM/GC日志分析：监控GC频率、停顿时间、内存泄漏（如对象持续进入老年代）。
💎 总结
Java垃圾回收通过分代模型和多样化回收器平衡吞吐、延迟与内存开销。理解不同回收器特性（如G1的分区回收、ZGC的并发压缩）及内存分配策略（如大对象直进老年代），结合监控调优，可显著提升应用性能。实际部署需根据应用场景（如高并发/大数据量）选择合适组合，避免频繁Full GC导致的系统卡顿。