JVM 组成与垃圾回收详解

一、JVM 中有什么？

1. 类加载子系统
负责加载 .class 文件到内存，包含加载、链接（验证、准备、解析）、初始化三个阶段。

2. 运行时数据区（核心）

堆：对象实例存储区域（GC 主战场）
方法区：JDK8 后改为元空间（Metaspace），使用本地内存存储类元数据
虚拟机栈：存储方法调用栈帧（局部变量表、操作数栈等）
程序计数器：当前线程执行的字节码行号指示器
本地方法栈：Native 方法调用

3. 执行引擎
解释器（逐行解释字节码）、JIT 编译器（热点代码编译为机器码）、GC（垃圾回收器）

4. 本地接口（JNI）
调用操作系统本地库（如 C/C++ 代码）

二、垃圾回收（GC）

1. 是什么？
自动回收堆内存中不再使用的对象，释放资源防止内存泄漏。

2. 解决什么问题？

手动内存管理易导致内存泄漏/溢出
提升开发效率，避免 delete/free 操作
保证程序稳定性（如避免 OutOfMemoryError）

3. 对象存活判定

引用计数法（Java 未采用）：循环引用问题
可达性分析（Java 采用）：从 GC Roots（栈、静态变量等）出发扫描引用链

三、常用 GC 算法

1. 标记-清除（Mark-Sweep）

过程：标记存活对象 → 清除未标记对象
问题：内存碎片
场景：老年代 CMS 回收器

2. 标记-复制（Mark-Copy）

过程：内存分为两块，存活对象复制到另一块 → 清空当前块
优点：无碎片
缺点：空间利用率 50%
场景：新生代（Eden + Survivor）

3. 标记-整理（Mark-Compact）

过程：标记存活对象 → 向一端移动 → 清理边界外内存
优点：无碎片
缺点：移动对象成本高
场景：老年代 Serial Old、G1

四、JDK8+ 主流 GC 回收器

回收器	区域	算法	特点	JDK版本
Parallel	新生代/老年代	复制+标记整理	吞吐量优先	8默认
CMS	老年代	标记清除	低延迟，碎片问题	8
G1	全堆	分区+标记整理	平衡吞吐/延迟，JDK9+默认	9+
ZGC	全堆	着色指针+读屏障	<10ms 停顿，TB级堆	11+
Shenandoah	全堆	转发指针+读屏障	低延迟，与ZGC竞争	12+

五、GC 参数调优

1. 核心参数

bash

# 堆内存设置
-Xms4g -Xmx4g        # 初始堆=最大堆（避免动态扩容）
-XX:NewRatio=2       # 老年代:新生代=2:1
-XX:SurvivorRatio=8  # Eden:Survivor=8:1:1

# GC 回收器选择
-XX:+UseG1GC         # 启用 G1（JDK9+默认）
-XX:+UseZGC          # 启用 ZGC（JDK15+生产可用）

# 目标停顿时间（G1/ZGC）
-XX:MaxGCPauseMillis=200  # 期望最大停顿 200ms

2. 调优步骤

监控：使用 jstat -gc <pid> 或 VisualVM 分析 GC 日志
定位问题：
- 频繁 Full GC：老年代空间不足 → 增大堆或调整 NewRatio
- Young GC 时间长：Eden 过大 → 减小 -Xmn
优化策略：
- 高吞吐场景：Parallel GC + 增大堆
- 低延迟场景：G1/ZGC + 限制 MaxGCPauseMillis

3. GC 日志分析

bash

-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:gc.log

示例日志：

java

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1024K->512K(1536K)] 
 2048K->1024K(5632K), 0.002s]

Allocation Failure：Eden 区空间不足触发 Young GC
PSYoungGen：Parallel Scavenge 回收新生代
1024K->512K：回收前占用 → 回收后占用（含 Survivor）

六、重要注意事项

元空间溢出：JDK8 后 Metaspace 使用本地内存，需监控 -XX:MaxMetaspaceSize
G1 调优：
- 避免设置过小 -XX:G1HeapRegionSize（默认根据堆计算）
- 混合回收阈值：-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=85（存活对象低于 85% 才回收）
ZGC 限制：
- JDK15 前为实验特性
- 需要 Linux x64/macOS 环境
生产建议：
- 优先使用 G1（JDK8+）
- 超大规模堆（>32GB）用 ZGC/Shenandoah

总结

组件	核心要点
JVM 结构	堆（对象存储）、元空间（类元数据）、栈（方法调用）
GC 目的	自动管理堆内存，防止内存泄漏
GC 算法	复制（新生代）、标记清除/整理（老年代）
JDK8+ GC	Parallel（吞吐优先）、G1（平衡）、ZGC（超低延迟）
调优核心	根据场景选回收器，监控 GC 日志，调整堆/代大小和停顿目标

最佳实践：
生产环境 JDK11+ 默认用 G1
先用 -Xms=-Xmx 固定堆大小
通过 MaxGCPauseMillis 控制延迟
定期分析 GC 日志（工具：GCeasy、Grafana）

JVM 组成与垃圾回收详解 ​

一、JVM 中有什么？ ​

二、垃圾回收（GC） ​

三、常用 GC 算法 ​

四、JDK8+ 主流 GC 回收器 ​

五、GC 参数调优 ​

六、重要注意事项 ​

总结 ​