JVM的分代垃圾回收（GC）机制是如何设计的？

## 作用 JVM 的分代垃圾回收是根据对象生命周期规律，把堆划分为不同区域，并为不同区域选择合适的回收算法，从而在回收频率、停顿时间和内存碎片之间取得平衡。 - **新生代**：存放朝生夕死的新对象，目标是快速、高频回收。 - **老年代**：存放长期存活的对象，目标是低频、稳定回收。 - **跨代引用处理**：避免回收新生代时扫描整个老年代，降低 GC 成本。 ## 原理 ### 1. 基于弱分代假说设计新生代 弱分代假说认为：大多数对象生命周期很短，第一次 GC 时就会死亡。 - 新生代通常划分为： - `Eden` - 两个 `Survivor` 区：`S0` 和 `S1` - 新对象优先分配在 Eden。 - 新生代发生 **Minor GC / Young GC** 时，通常使用**标记-复制算法**： - 标记存活对象； - 将存活对象复制到空的 Survivor 区； - 清空 Eden 和原来的 Survivor 区。 - 对象每熬过一次 Minor GC，年龄增加 1。 - 年龄达到阈值后晋升到老年代，常见默认阈值是 15。 这种方式适合存活率低的对象，复制成本较低，也能减少内存碎片。 ### 2. 基于强分代假说设计老年代 强分代假说认为：熬过多次回收的对象通常会继续存活，例如单例对象、缓存、静态集合等。 - 老年代对象存活率高，不适合频繁复制。 - 老年代通常采用： - **标记-清除算法**：实现简单，但可能产生内存碎片； - **标记-整理算法**：回收后移动存活对象并压缩空间，可减少碎片。 - 老年代 GC 频率较低，但回收范围更大，停顿通常也更长。 - 触发原因可能包括： - 老年代空间不足； - 新生代对象晋升失败； - 元空间不足； - 显式调用 `System.gc()` 等。 ### 3. 基于跨代引用假说处理代间引用 跨代引用假说认为：老年代引用新生代对象的情况较少，但 Minor GC 又必须识别这些引用。 如果每次 Minor GC 都扫描整个老年代，代价会很高，因此 JVM 使用： - **记忆集（Remembered Set）**：记录跨代引用信息。 - **卡表（Card Table）**： - 将老年代划分为固定大小的卡，例如每张卡 512 字节； - 如果某个卡中存在指向新生代的引用，就将该卡标记为“脏卡”。 - **写屏障（Write Barrier）**： - 在对象引用赋值时维护卡表； - 当老年代对象引用新生代对象时，把对应卡标记为脏。 Minor GC 时，只需要把脏卡中的老年代对象也作为 GC Roots 的一部分扫描，而不用遍历整个老年代。 ### 4. 分代设计的扩展 - 可通过参数调整各代比例，例如： - `-XX:NewRatio`：控制新生代和老年代的比例； - `-XX:SurvivorRatio`：控制 Eden 和 Survivor 的比例。 - G1 不再采用连续的物理分代，而是用多个 Region 组织堆空间，但仍保留逻辑分代，并可执行 Young GC、Mixed GC。 - ZGC、Shenandoah 等低延迟收集器进一步强化并发标记和并发整理，以降低停顿时间。 因此，JVM 分代 GC 的核心设计思想是：**按对象存活时间分区，新生代用复制算法追求效率，老年代用标记-清除或标记-整理算法降低复制成本，再通过记忆集、卡表和写屏障高效处理跨代引用。**