Java 垃圾回收机制详解（GC机制全解析）

一、前言

在 Java 面试中，垃圾回收机制（Garbage Collection, GC） 是高频考点之一。理解 GC 不仅有助于编写高性能代码，也能帮助定位内存泄漏、优化系统性能。

二、Java 内存区域概览

区域	作用	是否受GC管理
程序计数器	线程执行位置记录	❌
JVM栈	方法调用栈帧	❌
堆 (Heap)	对象实例与数组存储区域	✅
方法区(Metaspace)	类元信息、静态变量、常量池	✅（部分）

三、对象存活判断：如何确定垃圾？

可达性分析算法（Reachability Analysis） 是现代 JVM 的主流方法：

• 从 GC Roots 出发沿引用链寻找可达对象
• 不可达对象即为垃圾
• GC Roots 包括栈变量、静态变量、本地方法栈引用

四、垃圾回收算法分类

算法	思想	特点	适用
标记-清除	标记后清除未标记对象	实现简单、碎片多	老年代
复制算法	将存活对象复制到新空间	无碎片、效率高	新生代
标记-整理	标记后移动对象压缩空间	减少碎片	老年代
分代收集	根据生命周期分代管理	综合性能最佳	堆

五、堆的分代模型

堆被划分为新生代、老年代和元空间。新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。

六、常见的垃圾收集器

收集器	特点	适用场景
Serial GC	单线程、简单	客户端模式
Parallel GC	多线程、高吞吐	服务器默认
CMS	并发、低延迟	Web 服务
G1	区域化收集、可预测停顿	大内存应用
ZGC / Shenandoah	超低延迟（<10ms）	高并发场景

七、GC 调优建议

1. 分析 GC 日志，观察停顿时间和频率
2. 合理设置堆大小 (-Xms, -Xmx)
3. 选择合适的收集器
4. 减少临时对象创建
5. 使用对象池或软引用

八、面试常见问题

• 为什么不用引用计数？—— 无法处理循环引用
• Minor GC 与 Full GC 区别？—— 前者回收新生代，后者回收整个堆
• CMS 缺点？—— 浮动垃圾、碎片多
• G1 优势？—— 可预测停顿、并行并发

九、总结

Java GC 的核心是 自动化内存管理。从 Serial GC 到 ZGC，JVM 垃圾回收机制不断演进以实现低延迟与高吞吐。