Java 垃圾回收简介

C/C++ 需要手动管理内存，忘记释放导致内存泄漏，过早释放导致野指针。Java 通过垃圾回收（Garbage Collection，GC）自动管理内存，解放了程序员的双手。但 GC 不是银弹，理解其原理才能避免内存泄漏和 GC 调优问题。

为什么需要垃圾回收

C++ 需要手动 new/delete，忘记释放导致内存泄漏，过早释放导致野指针。

Java 自动回收：对象超出作用域后不再可达，等待 GC 回收。程序员无需关心内存释放，专注于业务逻辑。

垃圾回收算法

引用计数法

每个对象有一个引用计数器，引用为 0 时回收。优点是简单、回收及时；缺点是无法处理循环引用。

可达性分析算法（JVM 使用）

从 GC Roots 开始，通过引用链判断对象是否可达。GC Roots 包括：虚拟机栈中引用的对象、方法区中类静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象、本地方法栈中 JNI 引用的对象。

内存分区

┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
│  方法区（Method Area）      │  存储类信息、常量、静态变量    │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│                      堆（Heap）                            │
│  ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐ ┌─────────┐          │
│  │ Eden 区  │ │ Survivor │ │ Survivor │ │ Old Gen │          │
│  │  (Eden) │ │  Space0  │ │   (To)  │ │(Tenured)│          │
│  └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └─────────┘          │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  虚拟机栈（VM Stack）      │  方法调用栈帧                  │
├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
│  程序计数器（PC）          │  字节码行号指示器               │
└─────────────────────────────────────────────────────────────┘

GC 主要关注堆内存，分代回收：年轻代（大部分对象朝生夕死，GC 频率高）和老年代（存活时间长的对象，GC 频率低）。

垃圾回收器

回收器	算法	特点	适用场景
Serial	串行	简单高效	单线程、小数据量
Parallel	并行	吞吐量优先	科学计算、大数据
CMS	并发	停顿时间短	Web 应用
G1	分区	可控停顿时间	JDK 9+ 默认
ZGC	并发	极低停顿（<1ms）	大内存、低延迟

当前推荐：JDK 8 用 Parallel GC，JDK 9+ 用 G1 GC，大内存低延迟用 ZGC 或 Shenandoah。

GC 类型

类型	说明	触发条件
Minor GC（Young GC）	清理年轻代	Eden 区满
Major GC	清理老年代	老年代满
Full GC	清理整个堆	多种条件

常见问题

内存泄漏

对象不再使用但无法被回收。例如静态集合持有对象引用：

static List<Object> list = new ArrayList<>();
public void add(Object obj) {
    list.add(obj);  // 对象一直被引用，无法回收
}

解决：避免静态集合持有对象引用、及时清理资源、使用弱引用/软引用。

OutOfMemoryError

while (true) {
    new Object();  // 无限创建对象导致 OOM
}

解决：设置合理的堆大小 -Xms512m -Xmx512m、检查内存泄漏、优化对象创建。

GC 参数调优

# 设置堆大小
java -Xms512m -Xmx512m MyApp

# 选择 GC 回收器
java -XX:+UseG1GC MyApp      # 使用 G1 回收器
java -XX:+UseZGC MyApp       # 使用 ZGC
java -XX:+UseShenandoahGC MyApp  # 使用 Shenandoah

# 设置停顿时间目标（G1）
java -XX:MaxGCPauseMillis=200 MyApp

后续可阅读：Java 程序运行机制、JVM/JRE/JDK 区别、编译型 vs 解释型