Java垃圾回收详解：GC算法与收集器

概述

垃圾回收（Garbage Collection）是JVM自动管理内存的机制。本教程介绍GC算法和常用收集器。

1. 对象存活判断

public class ObjectLifecycleDemo {
    // 引用计数法：每个对象有一个引用计数器
    // 可达性分析：从GC Roots出发，不可达的对象可以被回收
    
    // GC Roots包括：
    // 1. 虚拟机栈中的引用
    // 2. 方法区中的静态属性
    // 3. 方法区中的常量
    // 4. 本地方法栈中的引用
    
    private static Object gcRoot = new Object();
    
    public static void main(String[] args) {
        Object obj1 = new Object();
        Object obj2 = new Object();
        
        obj1 = null;  // obj1可以被回收
        // obj2仍然被引用，不能被回收
        
        System.gc();  // 建议进行垃圾回收
    }
}

2. GC算法

public class GCAlgorithms {
    // 1. 标记-清除算法
    // 2. 复制算法
    // 3. 标记-整理算法
    // 4. 分代收集算法
    
    // 新生代：复制算法
    // 老年代：标记-清除或标记-整理算法
    
    public static void main(String[] args) {
        // 测试GC算法
        // -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200
    }
}

3. 常用GC收集器

public class GCCollectors {
    // 1. Serial收集器：单线程，适合客户端
    // 2. ParNew收集器：多线程新生代收集器
    // 3. Parallel Scavenge收集器：吞吐量优先
    // 4. Serial Old收集器：老年代单线程
    // 5. CMS收集器：低停顿
    // 6. G1收集器：可预测停顿
    
    // G1收集器特点：
    // 1. 分区收集
    // 2. 可预测停顿
    // 3. 空间整合
    // 4. 并行与并发
    
    public static void main(String[] args) {
        // 查看当前使用的GC收集器
        // java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
        
        // G1收集器参数
        // -XX:+UseG1GC
        // -XX:MaxGCPauseMillis=200
        // -XX:G1HeapRegionSize=16m
    }
}

4. 实际应用示例

内存泄漏检测

import java.util.*;

public class MemoryLeakDemo {
    private static List<byte[]> memoryLeak = new ArrayList<>();
    
    public static void main(String[] args) {
        // 模拟内存泄漏
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            memoryLeak.add(new byte[1024 * 1024]);  // 1MB
            System.out.println("已分配: " + i + " MB");
        }
    }
}

GC调优

public class GCTuningDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // GC调优参数
        // -Xms512m -Xmx512m  // 堆大小
        // -XX:NewRatio=2      // 新生代:老年代 = 1:2
        // -XX:SurvivorRatio=8 // Eden:Survivor = 8:1
        // -XX:+UseG1GC        // 使用G1收集器
        // -XX:MaxGCPauseMillis=200  // 目标停顿时间
        
        // 监控GC
        // jstat -gc <pid> 1000
        // jmap -heap <pid>
    }
}

5. 最佳实践

1. 避免内存泄漏：及时释放不再使用的对象
2. 合理设置堆大小：根据应用需求配置
3. 选择合适的GC算法：根据应用场景选择
4. 监控GC日志：定期分析GC日志
5. 使用GC调优工具：jstat、jmap、VisualVM等

总结

垃圾回收是Java内存管理的核心机制。理解GC算法和收集器，可以编写更高效的Java程序。在实际编程中，要合理配置GC参数，避免内存泄漏。