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Java垃圾回收如何工作

Java垃圾回收由JVM自动管理，通过标记不可达对象并回收内存，主要算法包括标记-清除、复制、标记-整理和分代收集，程序员可通过System.gc()建议回收，但不保证立即执行。

在Java中，垃圾回收（Garbage Collection, GC）是自动内存管理的核心机制，它负责回收不再使用的对象以释放内存空间，作为Java开发者，理解GC的工作原理对优化应用性能、避免内存泄漏至关重要,以下是详细解析：

垃圾回收的核心原理

对象存活判定
- 引用计数法（Java未采用）：记录对象被引用的次数，归零时回收，但无法解决循环引用问题（如A引用B，B引用A）。
- 可达性分析（Java实际使用）：从GC Roots（如栈帧局部变量、静态变量、JNI引用等）出发，遍历对象引用链，不可达的对象标记为“可回收”。
垃圾回收算法
- 标记-清除（Mark-Sweep）：
  1. 标记所有可达对象。
  2. 清除未标记对象。
    缺点：产生内存碎片。
- 复制（Copying）：
  将内存分为两块，存活对象复制到另一块，清空原空间。
  优点：无碎片；缺点：内存利用率仅50%。
- 标记-整理（Mark-Compact）：
  标记存活对象后，将其向内存一端移动，清理边界外空间。
  优点：避免碎片；缺点：性能开销大。
- 分代收集（Generational Collection）：
  Java堆分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）,针对不同区域采用最优算法。

新生代（占堆1/3）
- Eden区：新对象在此分配。
- Survivor区（S0/S1）：存放Minor GC后存活的对象。
- 回收过程（Minor GC）：
  1. Eden区满时触发。
  2. 存活对象复制到Survivor区（使用复制算法）。
  3. 对象年龄（经历GC次数）达阈值（默认15）则晋升老年代。
老年代（占堆2/3）
- 存放长期存活对象或大对象（直接进入老年代）。
- 回收过程（Major GC/Full GC）：
  老年代空间不足时触发，通常采用标记-清除或标记-整理算法，耗时较长。
元空间（Metaspace）
- 替代Java 8之前的永久代（PermGen），存储类元数据。
- 使用本地内存，默认无上限，可通过-XX:MaxMetaspaceSize限制。

调优参数示例

# 启用G1回收器，目标停顿时间
-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200
# 新生代与老年代比例
-XX:NewRatio=2  # 老年代:新生代=2:1
# 元空间大小限制
-XX:MaxMetaspaceSize=256m

常见问题
- 内存泄漏：对象无用时仍被引用（如静态集合类缓存），解决：定期清理引用或使用WeakHashMap。
- OOM（OutOfMemoryError）：
  - java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space：堆空间不足。
  - java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace：类元数据超限。
- 频繁Full GC：可能因老年代空间不足或代码中调用System.gc()。