Java垃圾回收机制概述
Java垃圾回收（Garbage Collection, GC）是Java虚拟机（JVM）自动管理内存的核心机制，它负责回收不再使用的对象所占用的内存空间，从而避免内存泄漏和手动内存管理的繁琐，在Java中，开发者无需显式释放对象内存，JVM的垃圾回收器会自动检测并回收无引用的对象，理解垃圾回收的调用机制、触发条件及优化策略,对于提升程序性能和稳定性至关重要。
垃圾回收的触发条件
垃圾回收的触发主要分为两种情况：自动触发和手动触发。
自动触发
JVM根据特定的条件自动触发垃圾回收，主要包括以下场景：
- Eden区空间不足：当新生代的Eden区没有足够空间分配新对象时，会触发Minor GC（也叫Young GC），回收新生代中的对象。
- 老年代空间不足：如果老年代空间不足以存放新晋升的对象，会触发Major GC（也叫Full GC），回收整个堆（包括新生代和老年代）。
- 方法区空间不足：如果JVM规范中的方法区（元空间）空间不足，也会触发Full GC。
- 系统内存紧张：当系统可用内存不足时，JVM可能触发GC以释放更多内存。
手动触发
虽然Java不推荐手动调用垃圾回收，但提供了System.gc()方法来建议JVM进行垃圾回收，需要注意的是，System.gc()仅是一个“建议”，JVM可以根据自身判断决定是否执行，且执行时间也不确定。Runtime.getRuntime().gc()与System.gc()功能相同。
System.gc(); // 建议JVM执行垃圾回收
垃圾回收的调用流程
垃圾回收的调用流程涉及对象的可达性分析、垃圾标记和内存回收三个阶段。
可达性分析
垃圾回收器通过“可达性分析”算法判断对象是否存活，从GC Roots（如栈中引用、静态变量等）出发，所有能被访问到的对象都被视为存活对象，无法访问到的对象则被视为垃圾。
垃圾标记
对于不可达对象，垃圾回收器会进行标记，以区分存活对象和垃圾对象，常见的标记算法包括“标记-清除”（Mark-Sweep）、“标记-整理”（Mark-Compact）和“复制算法”（Copying）。
内存回收
标记完成后，垃圾回收器会回收垃圾对象占用的内存空间，不同的垃圾回收器（如Serial、Parallel、CMS、G1等）采用不同的回收策略，以平衡回收效率和停顿时间。
主流垃圾回收器及其调用特点
JVM提供了多种垃圾回收器，每种回收器的调用方式和适用场景不同：
Serial GC
- 特点：单线程回收，适用于客户端模式或小型应用。
- 调用场景：当新生代或老年代空间不足时触发，会暂停所有用户线程（Stop-The-World）。
Parallel GC（吞吐量优先）
- 特点：多线程回收，关注吞吐量（用户代码时间/总时间），适用于后台计算等对停顿时间不敏感的场景。
- 调用场景：默认在JDK 8及之前的服务器模式中使用，Minor GC和Full GC会并行执行。
CMS（Concurrent Mark Sweep）
- 特点：以低停顿为目标，在标记和清除阶段与用户线程并发执行。
- 调用场景：老年代空间不足时触发，但可能产生内存碎片，导致Full GC频率增加。
G1（Garbage-First）
- 特点：分代回收，将堆划分为多个Region，优先回收垃圾最多的Region，适用于大内存应用（如堆内存大于4GB）。
- 调用场景：在JDK 9后成为默认垃圾回收器，通过
-XX:+UseG1GC启用，可预测停顿时间。
ZGC和Shenandoah
- 特点：超低停顿（毫秒级），适用于超大内存（TB级）应用。
- 调用场景：JDK 11引入ZGC，JDK 12引入Shenandoah，通过特定参数启用。
垃圾回收的优化建议
虽然垃圾回收是自动的，但开发者可以通过以下方式优化GC性能：
- 合理设置堆内存大小：通过
-Xms和-Xmx设置堆的初始大小和最大大小，避免频繁扩容。 - 选择合适的垃圾回收器：根据应用场景选择GC（如G1适合大内存，Parallel适合吞吐量优先）。
- 避免内存泄漏：及时释放不再使用的引用（如将局部变量引用置为null），避免长生命周期对象持有短生命周期对象的引用。
- 减少对象创建：尽量复用对象，减少大临时对象的创建，降低GC压力。
- 监控GC日志：通过
-Xlog:gc*参数开启GC日志，分析GC频率和停顿时间，针对性优化。
Java垃圾回收的调用是JVM自动管理的，但理解其触发条件、流程及回收器特点，有助于开发者优化程序性能，通过合理配置JVM参数、选择合适的垃圾回收器并避免内存泄漏，可以有效减少GC停顿，提升应用响应速度，虽然手动调用System.gc()可以建议GC执行，但依赖它并非最佳实践,真正的优化应从代码设计和JVM调优入手。
