【2025最新版】JVM垃圾回收全网最透彻讲解
（小白也能看懂，面试必背，高级工程师必精通）
读完这篇，你将彻底掌握：
- 为什么 GC 是 Java 性能的命脉
- 7 大垃圾回收器到底怎么选
- G1、ZGC、Shenandoah 底层原理解析
- 实际生产调优全套方案（阿里、字节、腾讯同款）
一、垃圾回收核心问题（面试第一问）
| 问题 | 答案（背下来） |
|---|---|
| 哪些内存需要回收？ | 方法区 + 堆（重点是堆） |
| 什么时候回收？ | 对象不再被任何活对象引用时 |
| 如何判断对象已死？ | 1. 引用计数法（无法解决循环引用） 2. 可达性分析算法（主流） |
| 哪些对象可以做 GC Roots？ | 1. 虚拟机栈局部变量表引用的对象 2. 方法区静态变量、常量引用的对象 3. 本地方法栈 JNI 引用的对象 4. 正在运行的线程 |
二、垃圾回收算法（3大经典 + 1大现代）
| 算法 | 原理 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 标记-清除 | 先标记，再统一清除 | 实现简单 | 产生内存碎片，清除效率低 | 老年代（早期） |
| 标记-整理 | 标记后把存活对象挪到一端 | 无碎片 | 整理耗时 | 老年代（CMS 配套） |
| 复制算法 | 分为两块，用一块，存活对象复制到另一块 | 无碎片，速度快 | 浪费50%空间 | 新生代（98%对象朝生夕死） |
| 分代收集（当前主流） | 新生代用复制，老年代用标记-清除/整理 | 综合最优 | 复杂 | 所有商用 JVM |
三、JVM 内存分代模型（必须手绘出来）
堆内存结构（HotSpot JVM）
┌─────────────────┬─────────────────────┐
│ Young Generation │ Old Generation │
│ Eden S0(From) S1(To) │ │
│ 8:1:1 │ │
└─────────────────┴─────────────────────┘- 新对象 → Eden
- Eden 满 → Minor GC → 存活对象 → Survivor（年龄+1）
- 年龄 > 15（默认）或 Survivor 放不下 → 进入老年代
- 大对象（> Eden 85%）直接进老年代
- 长期存活对象 → 老年代
四、7大垃圾回收器全家福（2025最新状态）
| 回收器 | 版本 | 类型 | 停顿时间 | 吞吐量 | 特点与适用场景 | 2025生产推荐度 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Serial | 老古董 | 单线程 | 长 | 低 | 客户端、小堆（几十MB） | ★ |
| Parallel | 并行 | 多线程 | 中等 | 高 | 吞吐量优先，科学计算、后台处理 | ★★★★ |
| CMS | 老将 | 并发标记清除 | 短（理论上） | 中 | 低延迟，但碎片+浮动垃圾，JDK14 已移除 | ★（已淘汰） |
| G1 | 默认王者 | 分区+并发 | 可预测（<10ms） | 高 | 通用王者，4GB~64GB 堆首选 | ★★★★★ |
| ZGC | 未来之星 | 并发 colored pointers | <1ms | 高 | 大堆（TB级）、极低延迟首选（JDK21 生产可用） | ★★★★★ |
| Shenandoah | 激进派 | 并发并发 | <5ms | 高 | OpenJDK 维护，RedHat 主推 | ★★★★ |
| Epsilon | 极客玩具 | 无回收 | 无停顿 | 极高 | 超短生命周期程序、性能测试 | ★★ |
五、G1 垃圾回收器深度剖析（当前生产绝对主流）
核心思想：Region 分区 + 优先级回收（Remembered Set + SATB）
堆被切成 2048 个 Region（默认 1~32MB）
┌───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┬───┐
│ E │ E │ S │ O │ H │ E │ O │ │
└───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┴───┘
E=Eden S=Survivor O=Old H=Humongous（大对象）GC 阶段：
- Young GC（纯新生代）
- Young + Concurrent Mark（并发标记）
- Mixed GC（新生代 + 部分老年代高收益 Region）
- （极端情况）Full GC（噩梦！要避免）
关键参数（生产必调）：
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200 # 目标停顿时间（默认200ms）
-XX:G1HeapRegionSize=32m # Region 大小（建议 32M）
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 # 并发标记触发阈值（默认45%）
-XX:G1ReservePercent=10 # 预留空间防晋升失败六、ZGC 神级原理（<1ms 停顿的秘密）
核心技术：Colored Pointers（染色指针）+ Load Barrier
64位指针实际只用42位地址，剩下22位存颜色标记：
Bit 63: Finalizable
Bit 62: Remapped
Bit 61: Marked1
Bit 60: Marked0GC 阶段（全部并发，几乎无 STW）：
- Pause Mark Start（<0.1ms）
- Concurrent Mark / Remap
- Pause Relocate Start（<0.5ms）
- Concurrent Relocate
参数（JDK21+ 推荐）：
-XX:+UseZGC
-XX:ZCollectionInterval=10 # 每10秒触发一次（可选）
-XX:+ZGenerational # JDK21 新增分代 ZGC（性能再提升）七、生产环境回收器选型建议（2025终极版）
| 堆大小 | 延迟要求 | 推荐回收器 | 参数模板 |
|---|---|---|---|
| < 8GB | 普通 | G1 | 默认就行，调 MaxGCPauseMillis |
| 8GB ~ 64GB | < 100ms | G1 | -XX:MaxGCPauseMillis=50 |
| > 64GB | < 10ms | ZGC（分代） | -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational |
| > 100GB | < 1ms | ZGC | 必开分代模式 |
| 高吞吐后台 | 不关心停顿 | Parallel | -XX:+UseParallelGC |
| 极致低延迟 | 必须<1ms | ZGC / Shenandoah | 配合 Linux tunelp |
八、经典面试题终极答案
- G1 为什么能取代 CMS？
→ 无碎片、可预测停顿、混合收集、支持超大堆 - ZGC 如何实现 <1ms 停顿？
→ 染色指针 + 读屏障，并发重定位 - 为什么新生代用复制算法？
→ 98%对象朝生夕死，复制成本极低 - Full GC 频繁怎么解决？
→ 避免大对象、避免动态年龄判断提前晋升、调大堆、换 ZGC
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