Java内存管理概述
Java作为一门自动管理内存的编程语言,其核心优势在于通过垃圾回收（Garbage Collection, GC）机制自动释放不再使用的对象内存，从而减轻开发者的负担，理解Java的内存回收机制，对于优化程序性能、避免内存泄漏至关重要，Java的内存分配主要在堆（Heap）和栈（Stack）中进行，其中堆是垃圾回收的主要区域，而栈内存随线程生命周期自动管理。
垃圾回收的判断依据
要回收内存,首先需要判断哪些对象是“不再使用的”，Java主要通过两种方式实现：引用计数法和可达性分析算法。
- 引用计数法：为每个对象添加一个引用计数器，每当有一个地方引用它时，计数器加1；引用失效时减1，当计数器为0时，对象被视为可回收，但该方法无法解决循环引用问题（如两个对象相互引用但无外部引用），因此未被主流JVM采用。
- 可达性分析算法：这是目前JVM通用的方法，通过一系列称为“GC Roots”的对象作为起点，从这些节点开始向下搜索，走过的路径称为“引用链”，当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，证明该对象不可达，即可被回收，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、本地方法栈中JNI（即Native方法）引用的对象等。
垃圾回收算法
Java的垃圾回收算法经历了多次演进,主要分为以下几类：
标记-清除（Mark-Sweep）
这是最基础的算法,分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，然后统一回收被标记的对象。
优点：实现简单，不需要移动对象。
缺点：效率不高（需遍历两次内存）；会产生大量内存碎片，可能导致后续分配大对象时触发另一次GC。
标记-复制（Mark-Copy）
为了解决内存碎片问题,该算法将内存分为大小相同的两块，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，然后清空已使用的内存。
优点：实现简单，运行高效，无内存碎片。
缺点：可用内存缩小为原来的一半，空间浪费较大。
标记-整理（Mark-Compact）
结合了前两种算法的思路,先标记可回收对象，然后将存活对象向内存一端移动，最后直接清理端边界以外的内存。
优点：避免内存碎片，空间利用率高。
缺点：移动对象并更新引用指针的操作较耗时。
分代收集（Generational Collection）
基于“绝大多数对象朝生夕灭”的假说，Java堆被划分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation），新生代又分为Eden区、From Survivor区和To Survivor区（默认比例8:1:1）。
- 新生代回收（Minor GC）：大部分对象在Eden区创建，当Eden区满时，触发Minor GC，将存活对象复制到Survivor区，每次GC后存活对象“年龄”加1，当年龄达到阈值（默认15）时，晋升到老年代。
- 老年代回收（Major GC/Full GC）：当老年代空间不足时触发，通常采用标记-整理或标记-清除算法，Full GC会触发Stop-The-World（STW），暂停所有用户线程，对性能影响较大。
垃圾回收器实现
不同的垃圾回收器针对不同场景优化,常见的有：
- Serial GC：单线程回收，进行GC时需暂停所有用户线程，适用于客户端模式或小内存应用。
- Parallel GC（吞吐量优先）：Serial的多线程版本，能充分利用多核CPU，以“吞吐量”（用户代码时间/(用户代码+GC时间)）为目标，适用于后台计算等对停顿不敏感的场景。
- CMS（Concurrent Mark Sweep）：以获取最短回收停顿时间为目标，采用标记-清除算法，在标记和清除阶段可并发执行，但会产生碎片，且并发失败时会退化为Serial Old GC。
- G1（Garbage-First）：面向服务端设计的回收器，将堆划分为多个大小相等的Region，跟踪每个Region的回收价值，优先回收价值最大的Region（即“垃圾最多”的区域），兼顾吞吐量和停顿时间，是JDK 9后的默认回收器。
- ZGC/Shenandoah：超低延迟回收器（停顿时间通常在毫秒甚至亚毫秒级），通过着色指针、读屏障等技术实现并发标记和整理，适用于超大内存（几TB至几十TB）应用。
内存泄漏与调优
尽管Java有自动GC机制,仍可能因代码问题导致内存泄漏，常见原因包括：
- 静态集合类（如HashMap）无限添加对象，导致无法被回收；
- 未关闭的资源（如数据库连接、IO流），句柄未被释放；
- 缓存使用不当,如未设置合理的过期策略；
- 监听器、回调等未解注册，导致对象长期被引用。
调优时,可通过JVM参数（如-Xms、-Xmx设置堆大小，-XX:+UseG1GC指定回收器）、工具（VisualVM、JConsole、MAT）分析内存快照和GC日志，定位泄漏点并优化算法选择。
Java的内存回收是一个复杂而精密的系统,通过可达性分析判断对象存活，结合分代收集和多种回收算法实现高效管理，开发者需理解其原理，结合应用场景选择合适的回收器，避免内存泄漏，从而充分发挥Java自动内存管理的优势。
