Java中的分代垃圾回收机制详解

一、分代假说与设计理念

1. 弱分代假说：绝大多数对象都是朝生夕死的，生命周期很短
2. 强分代假说：经历越多次垃圾回收仍然存活的对象，越不可能成为垃圾
3. 基于这两个假说，JVM将堆内存划分为不同代（Generation），采用不同的回收策略

二、内存分代结构
堆内存划分为三个主要区域：

1. 新生代（Young Generation）

   • Eden区：新创建的对象首先分配在这里
   • Survivor区（两个）：From Survivor和To Survivor，存放Minor GC后存活的对象
   • 默认比例：Eden:From:To = 8:1:1

2. 老年代（Old Generation）

   • 存放长期存活的对象
   • 大对象也可能直接分配在老年代

3. 元空间（Metaspace，JDK8+）

   • 替代永久代，存放类元数据信息

三、对象分配与晋升流程

1. 新对象优先在Eden区分配

2. 当Eden区满时，触发Minor GC：
   a) 标记Eden和From Survivor中的存活对象
   b) 将存活对象复制到To Survivor区
   c) 清空Eden和From Survivor
   d) 交换From和To Survivor的角色

3. 对象晋升老年代的条件：

   • 年龄阈值：对象在Survivor区经历一定次数（默认15）Minor GC后仍存活
   • 大对象直接进入老年代
   • Survivor区中相同年龄的对象总大小超过Survivor空间一半时，年龄≥该年龄的对象直接晋升

四、垃圾回收类型

1. Minor GC/Young GC

   • 只回收新生代
   • 采用复制算法，停顿时间短
   • 触发条件：Eden区空间不足

2. Major GC/Old GC

   • 只回收老年代
   • 通常与Full GC混淆，但实际指代老年代回收

3. Full GC

   • 回收整个堆，包括新生代、老年代、元空间等
   • 停顿时间较长，应尽量避免频繁发生
   • 触发条件：老年代空间不足、元空间不足、System.gc()调用等

五、垃圾回收算法组合

1. 新生代：复制算法

   • 优点：没有内存碎片，效率高
   • 缺点：浪费一部分内存空间

2. 老年代：标记-清除或标记-整理算法

   • 标记-清除：产生内存碎片但速度快
   • 标记-整理：避免碎片但需要移动对象

3. 常见组合：

   • Serial + Serial Old：单线程，适合客户端应用
   • Parallel Scavenge + Parallel Old：吞吐量优先
   • ParNew + CMS：低延迟，响应时间优先
   • G1：分区收集，可预测的停顿时间

六、相关JVM参数

• -Xms/-Xmx：堆初始大小/最大大小
• -XX:NewRatio：老年代与新生代的比例
• -XX:SurvivorRatio：Eden与Survivor的比例
• -XX:MaxTenuringThreshold：对象晋升老年代的年龄阈值
• -XX:+PrintGCDetails：打印GC详细日志

七、优化建议

1. 根据应用特性调整各代比例
2. 避免创建过大对象数组
3. 合理设置堆大小，避免频繁Full GC
4. 选择适合应用场景的垃圾收集器