Java 的垃圾回收機(jī)制通過自動識別並清理不再使用的對象來管理內(nèi)存。 GC 主要操作在堆內(nèi)存，分為新生代（包含Eden 區(qū)和Survivor 區(qū)）、老年代和元空間；常見的GC 算法包括標(biāo)記-清除、複製和標(biāo)記-整理，分別用於解決不同代的內(nèi)存回收問題；GC 觸發(fā)時機(jī)包括Minor GC（Eden 區(qū)滿時）和Major GC/Full GC（老年代不足或調(diào)用System.gc() 時），應(yīng)避免顯式調(diào)用；通過JVM 參數(shù)、日誌和工具如jstat、VisualVM、MAT 可以監(jiān)控和優(yōu)化GC 性能，合理設(shè)置堆大小和選擇GC 算法有助於提升應(yīng)用效率。

Java 的垃圾回收（Garbage Collection，簡稱GC）機(jī)制是Java 自動內(nèi)存管理的核心部分。它的主要任務(wù)就是自動識別並清理程序中不再使用的對象，釋放內(nèi)存空間。理解GC 的內(nèi)部工作機(jī)制，有助於寫出更高效、更穩(wěn)定的Java 程序。

Java 堆內(nèi)存的劃分

Java 堆是GC 主要操作的區(qū)域，通常被劃分為幾個區(qū)域：

• 新生代（Young Generation） ：大部分新創(chuàng)建的對像都分配在這裡。
  • Eden 區(qū)：大多數(shù)對象最初都會被分配到這裡。
  • Survivor 區(qū)（S0 和S1）：經(jīng)過一次GC 後倖存的對象會被移到這裡。
• 老年代（Old Generation） ：長期存活的對象會被移動到老年代。
• 元空間（Metaspace） ：存放類的元數(shù)據(jù)信息（如類定義），在Java 8 及以後取代了永久代（PermGen）。

這種分代結(jié)構(gòu)的設(shè)計是為了提升GC 的效率。因為大多數(shù)對像生命週期都很短，所以頻繁地對整個堆進(jìn)行掃描並不劃算。

常見的垃圾回收算法

GC 內(nèi)部使用不同的算法來識別和回收無用對象，以下是幾種常見算法：

• 標(biāo)記-清除（Mark and Sweep） ：

  • 標(biāo)記階段：從根節(jié)點(diǎn)出發(fā)，遍歷所有可達(dá)對象，並做標(biāo)記。
  • 清除階段：回收未被標(biāo)記的對象所佔(zhàn)內(nèi)存。
  • 缺點(diǎn)：會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。

• 複製（Copying） ：

  • 將內(nèi)存分成兩個相等的部分，每次只使用其中一個。
  • 存活對像被複製到另一塊區(qū)域後，當(dāng)前區(qū)域整體清空。
  • 新生代中的Survivor 區(qū)就用了這個策略。
  • 優(yōu)點(diǎn)：沒有碎片問題；缺點(diǎn)：內(nèi)存利用率低。

• 標(biāo)記-整理（Mark-Compact） ：

  • 標(biāo)記階段與“標(biāo)記-清除”相同。
  • 整理階段將所有存活對象向一端移動，然後清理邊界以外的內(nèi)存。
  • 老年代常用該方法，避免了內(nèi)存碎片。

這些算法各有優(yōu)劣，在不同代中結(jié)合使用，以達(dá)到性能最優(yōu)。

觸發(fā)GC 的時機(jī)

GC 並不是隨機(jī)運(yùn)行的，而是由JVM 在特定條件下觸發(fā)：

• Minor GC ：發(fā)生在新生代，當(dāng)Eden 區(qū)滿時觸發(fā)。一般頻率較高，速度較快。
• Major GC / Full GC ：發(fā)生在老年代，當(dāng)老年代空間不足或調(diào)用System.gc()時可能觸發(fā)。這類GC 通常耗時較長，會影響應(yīng)用性能。

需要注意的是， System.gc()是建議性的，JVM 可能不會立即執(zhí)行，但可以觸發(fā)Full GC。在生產(chǎn)環(huán)境中應(yīng)盡量避免顯式調(diào)用。

另外，某些JVM 參數(shù)也會影響GC 行為，比如-XX: UseSerialGC 、 -XX: UseParallelGC等，選擇合適的GC 算法組合對性能優(yōu)化很關(guān)鍵。

如何觀察和調(diào)優(yōu)GC 性能？

實(shí)際開發(fā)中，我們可以通過一些工具和參數(shù)來監(jiān)控和調(diào)優(yōu)GC 行為：

• 添加JVM 參數(shù)啟用GC 日誌：

   -Xlog:gc*:file=gc.log:time

  這樣可以在日誌文件中看到詳細(xì)的GC 情況。

• 使用命令行工具：

  • jstat ：實(shí)時查看GC 統(tǒng)計信息。
  • jvisualvm或VisualVM ：圖形化界面分析內(nèi)存使用和GC 情況。
  • MAT（Memory Analyzer） ：用於分析堆轉(zhuǎn)儲（heap dump），排查內(nèi)存洩漏。

如果你發(fā)現(xiàn)Full GC 頻繁發(fā)生或者單次GC 時間過長，可能需要調(diào)整堆大?。ㄈ?code>-Xms和-Xmx ），或更換更適合你應(yīng)用特性的垃圾回收器。

基本上就這些。理解GC 的工作方式雖然看起來不復(fù)雜，但在實(shí)際開發(fā)中非常容易被忽略。掌握一點(diǎn)內(nèi)部原理，關(guān)鍵時刻能幫你省不少事。

以上是Java垃圾收集如何在內(nèi)部工作？的詳細(xì)內(nèi)容。更多資訊請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！