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第16章垃圾回收相关概念：深入理解JVM内存管理的核心逻辑

悠悠楠杉

2025-08-06

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08/06

当对象失去所有引用时，JVM并非立即回收其内存。可达性分析算法通过GC Roots作为起始点，构建对象引用链的拓扑图。常见的GC Roots包括：

java // 典型的内存泄漏场景 List<Object> cache = new ArrayList<>(); while(true) { cache.add(new byte[1024*1024]); // 对象被静态集合持续引用 }

三色标记法作为可达性分析的实现方式，将对象分为：
- 白色：未被访问到的对象（待回收）
- 灰色：已被扫描但字段未完全分析
- 黑色：确定存活的对象

所有主流垃圾收集器都无法避免Stop-The-World现象。以CMS收集器为例，其初始标记阶段仅需2-3ms的暂停，而并发标记阶段虽与用户线程并行，但仍存在浮动垃圾问题。

shell

查看GC停顿时间

jstat -gcutil 1000 10

安全点（Safe Point）的设计精妙之处在于：
- 方法调用、循环跳转等指令处设置检查点
- 采用主动式中断机制，线程轮询标志位
- 避免在GC时出现对象状态不一致

分代收集理论面临的核心挑战是跨代引用。年轻代对象可能被老年代引用，传统扫描需要遍历整个老年代。记忆集（Remembered Set）通过卡表（Card Table）实现精确定位：

| 卡表结构 | 作用 |
|---------|------|
| 字节数组 | 标记存在跨代引用的内存页 |
| 写屏障 | 更新引用时同步卡表状态 |

c++ // HotSpot写屏障伪代码 void oop_field_store(oop* field, oop new_value) { *field = new_value; post_write_barrier(field); // 更新记忆集 }

实战案例：某电商系统频繁Full GC的根因是JSON序列化产生的大对象绕过了年轻代，通过-XX:PretenureSizeThreshold=4m参数优化后，GC时间下降60%。

新一代低延迟收集器通过着色指针和读屏障技术，将STW控制在10ms以内：
- 指针元数据存储于64位地址的高位
- 并发阶段标记与转移同时进行
- 基于Region的内存布局消除分代限制

java // ZGC典型启动参数 -XX:+UseZGC -Xmx16g -XX:ConcGCThreads=4

理解这些基础概念，才能真正掌握JVM性能调优的钥匙。在后续章节中，我们将深入各垃圾收集器的实现细节，构建完整的知识体系。

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