目录：
🧠 一、GC基础概念
1. 什么是垃圾回收（Garbage Collection, GC）？
- 作用：自动管理内存，回收不再使用的对象，防止内存泄漏和溢出。
- 核心问题：
（1） 如何判断对象是垃圾？
（2）如何高效回收垃圾？
2. 判断对象是否为垃圾的方法
| 方法 | 说明 |
|---|---|
| 引用计数法 | 每个对象维护一个引用计数器，引用增加时计数+1，引用失效时-1。无法解决循环引用问题。 |
| 可达性分析法 | 从GC Roots出发，不可达的对象判定为垃圾。GC Roots包括：虚拟机栈中的局部变量、类静态属性引用、常量引用、JNI引用。 |
🧩 二、GC核心算法
1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）
- 步骤：
（1）标记：从GC Roots出发，标记所有存活对象。
（2）清除：回收未被标记的对象。 - 缺点：
（1）产生内存碎片（可能导致大对象分配失败）。
（2）标记和清除效率较低。
2. 标记-整理算法（Mark-Compact）
- 步骤：
（1）标记：同标记-清除。
（2）整理：将存活对象向一端移动，清理边界外内存。 - 优点：避免内存碎片。
- 缺点：移动对象需要暂停所有线程（Stop-The-World）。
3. 复制算法（Copying）
- 步骤：
（1）将内存分为两块，每次只用一块。
（2）回收时，将存活对象复制到另一块，清空原区域。 - 优点：高效，无内存碎片。
- 缺点：内存利用率低（只使用一半）。
4. 分代收集算法（Generational Collection）
- 思想：将堆内存划分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
- 新生代：对象生命周期短，使用复制算法。
- 老年代：对象生命周期长，使用标记-清除或标记-整理。
📌 三、主流垃圾收集器
1. Serial 收集器（串行）
- 特点：单线程，适用于单核CPU或小内存场景。
- 使用场景：Client模式（如桌面应用）。
- 命令行参数：
-XX:+UseSerialGC
2. Parallel Scavenge 收集器（并行）
- 特点：多线程，关注吞吐量（吞吐优先）。
- 使用场景：后台计算任务（如批量处理）。
- 命令行参数：
-XX:+UseParallelGC
3. CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器（并发）
- 目标：以最短停顿时间为目标，适合高并发、低延迟的Web应用。
- 回收步骤：
（1）初始标记（Initial Mark）：暂停所有线程，标记GC Roots直接关联的对象。
（2）并发标记（Concurrent Mark）：并发标记所有存活对象。
（3）重新标记（Remark）：暂停线程，处理并发标记期间新增的对象。
（4）并发清除（Concurrent Sweep）：并发清除垃圾对象。 - 优点：低停顿时间。
- 缺点：
（1）内存碎片化（可能导致Full GC）。
（2）对CPU资源敏感。 - 命令行参数：
-XX:+UseConcMarkSweepGC
4. G1（Garbage-First）收集器（分区）
- 目标：兼顾吞吐量和低延迟，适用于大内存（>6GB）和多核CPU。
- 核心思想：
(1) 将堆内存划分为多个Region（大小相等，1~32MB）。
(2) 优先回收垃圾最多的Region。 - 回收步骤：
（1）初始标记（Initial Mark）：暂停线程，标记GC Roots。
（2）并发标记（Concurrent Mark）：并发标记存活对象。
（3）最终标记（Final Mark）：处理并发标记期间新增的对象。
（4）筛选回收（Live Data Counting and Evacuation）：选择回收价值高的Region进行回收。 - 优点：
可预测的停顿时间（通过 -XX:MaxGCPauseMillis 设置）。
避免内存碎片（回收时进行压缩）。 - 缺点：
内存占用较高（维护Region状态）。 - 命令行参数：
-XX:+UseG1GC
🧱 四、GC收集器对比总结
🔄 五、GC类型与触发条件
🧪 六、常见GC异常与调优
1. 内存泄漏（Memory Leak）
- 原因：对象不再使用但无法被GC回收（如缓存未清理、监听器未注销）。
- 定位工具：
(1) MAT（Memory Analyzer）：分析堆转储（heap dump）。
(1) VisualVM：实时监控内存使用情况。
(3) jmap + jhat：生成并分析堆转储。
2. 内存溢出（OutOfMemoryError）
- 常见类型：
- Java heap space：堆内存不足。
- GC overhead limit exceeded：GC频繁且效率低。
- PermGen / Metaspace：方法区或元空间内存不足。
- 解决方法：
- 增加堆大小（-Xmx）。
- 调整元空间大小（-XX:MaxMetaspaceSize）。
- 优化代码（减少对象创建、及时释放资源）。
3. GC调优目标
| 目标 | 说明 |
|---|---|
| 吞吐量（Throughput） | 单位时间内处理任务的效率（适合后台计算任务） |
| 停顿时间（Pause Time） | 每次GC暂停的时间（适合Web服务） |
| 内存占用（Footprint） | 堆内存使用量（适合内存敏感场景） |
4. GC调优常用参数
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| -Xms / -Xmx | 设置堆初始和最大大小（如 -Xms2g -Xmx4g） |
| -XX:NewRatio | 新生代与老年代比例（默认1:2） |
| -XX:SurvivorRatio | Eden与Survivor比例（默认8:1:1） |
| -XX:MaxGCPauseMillis | G1收集器的目标停顿时间（默认200ms） |
| -XX:G1HeapRegionSize | G1的Region大小（1~32MB） |
| -XX:+PrintGCDetails | 打印详细GC日志 |
| -XX:+PrintGCDateStamps | 打印GC时间戳 |
| -Xloggc:/path/to/gc.log | 输出GC日志到文件 |
🧩 七、常见GC问题排查工具
| 工具 | 说明 |
|---|---|
| jstat | 实时监控GC状态（如 jstat -gc 1234 1000 每秒输出GC信息） |
| jmap | 生成堆转储（jmap -dump:format=b,file=heap.bin 1234） |
| jhat | 分析堆转储（jhat heap.bin） |
| VisualVM | 图形化监控JVM内存、线程、GC等 |
| MAT（Memory Analyzer） | 分析堆转储，定位内存泄漏 |
| GC | 日志分析工具 如 GCViewer、GCEasy、GCPlot |
📋 八、常见面试题及答案
1. CMS 和 G1 的区别？
2. G1为何适合大内存？
- 分区管理：将堆划分为多个Region，可并行回收。
- 可预测停顿：通过 -XX:MaxGCPauseMillis 设置目标停顿时间。
- 避免碎片化：回收时进行压缩（Evacuation阶段）。
3. CMS的缺点？
- 内存碎片化：可能导致Full GC（标记-清除算法的缺点）。
- 并发阶段耗CPU：并发标记和清除阶段占用CPU资源。
- Concurrent Mode Failure：老年代空间不足导致并发失败，退化为Serial Old收集器。
4. 如何选择合适的GC收集器？
5. Full GC的触发条件？
- 老年代空间不足。
- 方法区（元空间）内存不足。
- 调用 System.gc()（可禁用 -XX:+DisableExplicitGC）。
- 分配大对象（如大数组）。
6. 如何优化GC性能？
- 合理设置堆大小：避免频繁GC。
- 避免内存泄漏：使用缓存时注意释放。
- 选择合适收集器：如G1适合大内存。
- 监控GC日志：分析停顿时间和频率。
📚 九、GC调优实践建议
✅ 十、总结：GC机制核心知识点
📄 十一、完整GC日志示例
2023-10-23T15:30:00.123+0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 131072K->15360K(157248K)] 131072K->15360K(503936K), 0.0123456 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.01 secs]
日志解析：
- GC类型：Allocation Failure（分配失败触发GC）。
- GC区域：PSYoungGen（Parallel Scavenge新生代）。
- 内存变化：131072K->15360K（回收后内存占用）。
- 耗时：0.0123456 secs（GC耗时）。
📌 十二、推荐学习资料
- 《深入理解 Java 虚拟机》（周志明）
- 《Java 性能调优指南》
- JVM 官方文档：https://docs.oracle.com/en/java/javase/17/gctuning/
- GC日志分析工具：GCViewer、GCEasy、GCPlot
- JVM调优视频教程（B站、慕课网、CSDN）