JVM中的GC过程

堆内存结构：在详细讨论GC过程之前，需要了解JVM堆内存的结构。JVM堆内存通常被分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），其中新生代又进一步细分为Eden区（Eden Space）和两个Survivor区（S0和S1，也称为From和To区）。从JDK 1.8开始，永久代（Permanent Generation）被元空间（Metaspace）所取代。

• GC过程：GC过程主要集中在堆内存上，特别是新生代和老年代。新生代中的GC通常称为Minor GC或Young GC，而老年代中的GC则称为Major GC或Full GC。

  • Minor GC（Young GC）：Minor GC主要发生在新生代，其过程大致如下：

    • 对象分配：新创建的对象首先被分配到Eden区。

    • Eden区满：当Eden区空间不足时，会触发Minor GC

    • 可达性分析：通过可达性分析算法（如根搜索算法）找到存活的对象

    • 复制与清除：将Eden区中的存活对象复制到其中一个Survivor区（如S0），同时清空Eden区。如果Survivor区放不下，则部分对象会晋升到老年代

    • Survivor区交换：在后续的GC中，Eden区和之前存放存活对象的Survivor区（如S0）中的存活对象会被复制到另一个Survivor区（如S1），同时清空这两个区。Survivor区之间会进行角色互换。

    • 年龄晋升：对象在Survivor区每经过一次GC，其年龄就增加1。当对象达到一定年龄（默认是15，可通过-XX:MaxTenuringThreshold设置）后，会被晋升到老年代。

  • Major GC（Full GC）：Major GC主要发生在老年代，其触发条件包括：

    • 老年代空间不足：当老年代空间不足以存放晋升的对象时，会触发Major GC。

    • 显式调用：程序中显式调用System.gc()方法时，会建议JVM执行Full GC，但JVM不一定会立即执行。

    • 其他情况：如元空间不足、永久代空间不足（在JDK 1.8之前）等，也可能触发Full GC。

    Major GC的过程通常比Minor GC更复杂，耗时也更长，因为它需要处理的对象更多，且存活率较高。Major GC采用的算法可能包括标记-清除、标记-整理等。

• GC算法

  GC过程中使用的算法主要有以下几种：

  1. 标记-清除（Mark-Sweep）：首先标记出所有需要回收的对象，然后统一回收这些对象。这种方法简单但会产生内存碎片。

  2. 复制（Copying）：将内存分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当这块内存用完时，将存活的对象复制到另一块上，然后清空当前块。这种方法解决了内存碎片问题，但代价是内存使用率降低。

  3. 标记-整理（Mark-Compact）：标记出所有需要回收的对象，然后让所有存活的对象都向一端移动，最后清理掉边界以外的内存。这种方法既解决了内存碎片问题，又提高了内存使用率。

• GC对性能的影响

  GC过程中会暂停所有Java执行线程（也称为Stop-The-World），这会对系统性能造成一定影响。为了减少这种影响，现代JVM采用了多种优化技术，如增量GC、并发GC等。