Java 的垃圾回收機制通過自動識別并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 算法包括標記-清除、復制和標記-整理，分別用于解決不同代的內(nèi)存回收問題；GC 觸發(fā)時機包括 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)、日志和工具如 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 算法有助于提升應(yīng)用效率。
Java 的垃圾回收（Garbage Collection，簡稱 GC）機制是 Java 自動內(nèi)存管理的核心部分。它的主要任務(wù)就是自動識別并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)部工作機制，有助于寫出更高效、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)建的對象都分配在這里。
- Eden 區(qū)：大多數(shù)對象最初都會被分配到這里。
- Survivor 區(qū)（S0 和 S1）：經(jīng)過一次 GC 后幸存的對象會被移到這里。
- 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 及以后取代了永久代（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)對象生命周期都很短，所以頻繁地對整個堆進行掃描并不劃算。
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：
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標記-清除（Mark and Sweep）：
- 標記階段：從根節(jié)點出發(fā)，遍歷所有可達對象，并做標記。
- 清除階段：回收未被標記的對象所占內(nèi)存。
- 缺點：會產(chǎn)生內(nèi)存碎片。
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復制（Copying）：
- 將內(nèi)存分成兩個相等的部分，每次只使用其中一個。
- 存活對象被復制到另一塊區(qū)域后，當前區(qū)域整體清空。
- 新生代中的 Survivor 區(qū)就用了這個策略。
- 優(yōu)點：沒有碎片問題；缺點：內(nèi)存利用率低。
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標記-整理（Mark-Compact）：
- 標記階段與“標記-清除”相同。
- 整理階段將所有存活對象向一端移動，然后清理邊界以外的內(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，以達到性能最優(yōu)。
觸發(fā) GC 的時機
GC 并不是隨機運行的，而是由 JVM 在特定條件下觸發(fā)：
- Minor GC：發(fā)生在新生代，當 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：
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添加 JVM 參數(shù)啟用 GC 日志：
-Xlog:gc*:file=gc.log:time
這樣可以在日志文件中看到詳細的 GC 情況。
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使用命令行工具：
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jstat：實時查看 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）：用于分析堆轉(zhuǎn)儲（heap dump），排查內(nèi)存泄漏。
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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?-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雜，但在實際開發(fā)中非常容易被忽略。掌握一點內(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？的詳細內(nèi)容。更多信息請關(guān)注PHP中文網(wǎng)其他相關(guān)文章！
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Java中的單例設(shè)計模式是什么？
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