老年代是Java堆中专门存放长期存活对象的内存区域,通常在Minor GC（新生代GC）后仍存活的对象（如经过多次GC仍存活的对象）会从新生代的Survivor区晋升至老年代，由于老年代存放的是生命周期较长的对象，其GC机制与新生代有显著差异，主要目标是回收不再使用的对象，同时尽量减少应用停顿时间，本文将从老年代GC的触发机制、主流算法、调优策略等方面展开分析。
老年代GC的触发机制
老年代GC的触发并非随机,而是由特定的内存分配条件和GC策略共同决定，核心触发场景包括以下几类：
空间分配担保失败
Minor GC前，JVM会检查老年代是否有足够空间容纳新生代所有存活对象，如果空间不足，JVM会触发一次Full GC（老年代GC），清理老年代以腾出空间，这是最常见的触发场景之一，尤其当老年代碎片化严重或内存不足时。
大对象直接进入老年代
通过参数-XX:PretenureSizeThreshold可以设置大对象阈值（如默认为0字节），超过该阈值的对象会直接在老年代分配，若老年代空间不足，分配时会立即触发Full GC。
老年代空间不足
若老年代剩余空间无法容纳新晋升的对象（如Minor GC后大量对象从Survivor区晋升），或动态年龄判定（相同年龄对象总和超过Survivor区一半）导致对象提前进入老年代，都会触发Full GC。
GC策略主动触发
部分GC算法（如CMS、G1）会根据运行状态主动触发并发GC，CMS在老年代使用率达到某个阈值（如-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置）时，启动并发标记阶段；G1则基于Mixed GC策略，在回收大部分Region时触发老年代部分回收。
主流老年代GC算法解析
Java针对老年代GC设计了多种算法,各有侧重，适用于不同场景。
CMS（Concurrent Mark Sweep）
CMS是以“低停顿”为目标的老年代GC算法，基于“标记-清除”实现，主要分为四个阶段：
- 初始标记：标记GC Roots直接关联的对象，停顿时间短；
- 并发标记：遍历对象图进行标记，与应用线程并行；
- 重新标记：修正并发标记期间因应用线程变动导致的标记变动，停顿时间较短；
- 并发清除：清除标记对象，与应用线程并行。
优点：并发执行，大部分阶段与应用线程并行，停顿时间短；
缺点：基于“清除”会产生内存碎片，可能导致Concurrent Mode Failure（触发Serial Old GC，停顿时间变长）；并发阶段会占用CPU资源，可能影响应用吞吐量。
G1（Garbage-First）
G1是JDK 9后的默认GC算法，将堆划分为多个大小相等的Region（通常1-32MB），每个Region可能是Eden、Survivor或Old，老年代的GC通过“混合回收”（Mixed GC）实现，同时清理部分新生代和老年代Region，核心步骤包括：
- 初始标记：与CMS类似，标记GC Roots直接关联对象；
- 并发标记：遍历对象图，记录可达对象；
- 最终标记：修正并发标记期间的变动；
- 筛选回收：根据回收价值（垃圾占比高、回收时间短）选择Region进行清理，优先回收“垃圾最多”的Region（Garbage-First）。
优点：可预测停顿时间（通过-XX:MaxGCPauseMillis设置），内存碎片化问题小（基于Region整理）；支持大堆内存（堆大小可达数TB）；
缺点：算法复杂，内存占用略高于CMS；并发阶段可能与应用线程竞争资源。
ZGC（Z Garbage Collector）
ZGC是JDK 11引入的低延迟GC，设计目标为“无论堆大小多大，停顿时间均不超过10毫秒”，核心技术包括：
- 染色指针：将对象指针的额外信息（如标记位、锁信息）存储在指针中，避免传统标记的内存开销；
- 并发处理：所有标记、转移阶段均与应用线程并发执行；
- 内存映射：通过读屏障（Load Barrier）和写屏障（Store Barrier）实现指针访问的实时检查。
优点：停顿时间极短，几乎不受堆大小影响；支持TB级内存；内存碎片化问题小；
缺点：并发阶段CPU占用较高；需要JDK 11+支持。
Serial Old / Parallel Old
Serial Old是单线程老年代GC，采用“标记-整理”算法，主要用于Client模式或作为CMS失败后的备用GC；Parallel Old是Parallel Scavenge的老年代版本，多线程执行“标记-整理”，注重吞吐量，适用于后台计算等对停顿不敏感的场景。
老年代GC调优实践
老年代GC调优的核心目标是平衡“吞吐量”（单位时间内处理任务量）和“延迟”（GC停顿时间），需结合业务场景和GC算法特性进行。
选择合适的GC算法
- 低延迟场景（如在线交易、实时交互）：优先选择G1或ZGC，通过
-XX:+UseG1GC或-XX:+UseZGC启用； - 高吞吐量场景（如大数据计算）：选择Parallel Old，通过
-XX:+UseParallelOldGC启用； - 兼容旧版本JDK：若使用JDK 8之前版本，CMS是低延迟的首选，但需关注碎片化问题。
关键参数调优
- 老年代大小：通过
-XX:OldSize和-XX:MaxOldSize设置固定大小，避免动态调整带来的性能波动； - GC触发阈值：G1可通过
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent设置Mixed GC触发阈值（默认45%），避免过早或过晚触发； - 线程数：并行GC可通过
-XX:ParallelGCThreads调整并行线程数（通常为CPU核心数）；并发GC可通过-XX:ConcGCThreads调整并发线程数（通常为并行线程数的1/4）。
监控与问题定位
- 工具使用：通过
jstat -gcutil pid监控老年代使用率（Old Gen列），jstat -gccapacity pid查看老年代空间分配； - GC日志分析：通过
-Xlog:gc*=info:file=gc.log:time,uptime,level,tags记录GC日志，使用GCViewer、GCEasy等工具分析停顿时间、频率和回收效率； - 碎片化处理：CMS可通过
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection在Full GC时碎片整理（但会增加停顿时间），或设置-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction控制整理频率。
老年代GC是Java内存管理的核心环节,其性能直接影响应用的稳定性与用户体验，从早期的Serial Old到现代的G1、ZGC，GC算法不断优化，以适应低延迟、大堆内存的需求，在实际应用中，需结合业务场景选择合适的GC算法，通过参数调优和监控分析持续优化，最终实现吞吐量与延迟的平衡，随着云原生和Serverless架构的发展，更轻量、更智能的GC机制（如Shenandoah GC的进一步优化）将成为Java性能提升的重要方向。
