JVM垃圾回收详解
堆空间结构与内存分配回收原则
JVM 堆（GC 堆）是垃圾回收核心区域，基于分代收集思想划分：JDK1.7 及之前分为新生代（Eden 区、两个 Survivor 区 S0/S1）、老年代、永久代；JDK1.8 后永久代被元空间（本地内存实现）取代，新生代和老年代结构保持不变。内存分配遵循三大原则：对象优先在 Eden 区分配，Eden 区满则触发 Minor GC；大对象（需大量连续内存，如字符串、数组）直接进入老年代，避免新生代频繁 GC；长期存活对象（Survivor 区中每经历一次 Minor GC 年龄 + 1，默认年龄达 15 或动态年龄计算达标）晋升老年代，动态年龄计算指当某一年龄对象总大小超过 Survivor 区 50%，取该年龄与 MaxTenuringThreshold 最小值作为晋升阈值。
垃圾回收（GC）分类
GC 按回收范围分为 Partial GC（部分收集）和 Full GC（整堆收集）：Partial GC 包括仅回收新生代的 Minor GC（Young GC）、仅回收老年代的 Old GC（仅 CMS 支持）、回收新生代 + 部分老年代的 Mixed GC（仅 G1 支持）；Full GC 回收整个堆（新生代、老年代）和方法区，触发场景包括老年代空间不足、永久代 / 元空间不足、Minor GC 前晋升对象平均大小超老年代剩余空间等。空间分配担保机制确保 Minor GC 安全：JDK6 Update24 后，只要老年代连续空间大于新生代对象总大小或历次晋升平均大小，即执行 Minor GC，否则触发 Full GC。
死亡对象判断方法
判断对象是否可回收有两种核心算法：一是引用计数法，通过对象引用计数器增减判断，简单高效但无法解决循环引用问题，主流虚拟机未采用；二是可达性分析算法，以 GC Roots 为起点，沿引用链搜索，不可达对象判定为可回收，GC Roots 包括虚拟机栈局部变量表引用对象、本地方法栈 Native 方法引用对象、方法区静态属性 / 常量引用对象、同步锁持有的对象等。不可达对象并非必然回收，需经历两次标记：首次标记后筛选是否需执行 finalize () 方法，无需执行则直接回收，需执行则放入队列二次标记，若二次标记前未建立新引用则回收，finalize () 方法已逐渐被弃用。
引用类型（JDK1.2 后扩充）
Java 引用强度从强到弱分为四类：强引用（程序中普通赋值，如 String str = new String ("abc")），内存不足时虚拟机宁愿抛 OOM 也不回收；软引用（SoftReference），内存充足时不回收，不足时回收，适用于内存敏感的高速缓存；弱引用（WeakReference），GC 扫描时无论内存是否充足都会回收，生命周期短于软引用；虚引用（PhantomReference），不影响对象生命周期，仅用于跟踪对象回收过程，必须与引用队列关联使用。
废弃常量与无用类判断
- 废弃常量：运行时常量池中，若常量（如字符串 "abc"）无任何对象引用，则为废弃常量，可被回收；JDK1.7 后字符串常量池移至堆，JDK1.8 后方法区实现改为元空间，运行时常量池仍在方法区。
- 无用类：需同时满足三个条件：堆中无该类任何实例、加载该类的 ClassLoader 已回收、该类的 Class 对象无任何引用（无法通过反射访问），虚拟机可选择回收无用类，而非必然回收。
垃圾收集算法
- 标记 - 清除算法：分标记（标记可达对象）和清除（回收未标记对象）两阶段，效率低且产生大量内存碎片，是基础算法。
- 复制算法：将内存分为大小相等的两块，仅使用一块，满后复制存活对象到另一块并清理原块，解决碎片问题，但可用内存减半，适合新生代（存活对象少）。
- 标记 - 整理算法：标记后将存活对象向一端移动，清理端边界外内存，无碎片但效率较低，适合老年代（存活对象多）。
- 分代收集算法：结合上述算法，新生代用复制算法，老年代用标记 - 清除或标记 - 整理算法，是当前虚拟机主流算法。
垃圾收集器（HotSpot 虚拟机）
垃圾收集器是收集算法的具体实现，需根据场景选择：
- Serial 收集器：单线程收集，新生代用复制算法，老年代用标记 - 整理算法，GC 时暂停所有用户线程（STW），简单高效，适用于 Client 模式。
- ParNew 收集器：Serial 的多线程版本，行为与 Serial 一致，可与 CMS 配合，适用于 Server 模式。
- Parallel Scavenge 收集器：多线程复制算法，关注吞吐量（用户代码运行时间 / CPU 总时间），支持自适应调节策略，JDK1.8 默认新生代收集器，搭配 Parallel Old（老年代多线程标记 - 整理算法）。
- Serial Old 收集器：Serial 的老年代版本，单线程标记 - 整理算法，作为 CMS 后备方案。
- CMS 收集器：以低停顿为目标，多线程标记 - 清除算法，分初始标记（STW）、并发标记、重新标记（STW）、并发清除四阶段，并发收集但对 CPU 敏感、产生碎片、无法处理浮动垃圾，JDK14 已移除。
- G1 收集器：面向服务器，JDK9 后默认，划分堆为多个 Region，结合标记 - 复制（局部）和标记 - 整理（整体）算法，支持并行并发、分代收集、空间整合、可预测停顿，优先回收价值高的 Region。
- ZGC 收集器：JDK11 引入，JDK15 正式可用，标记 - 复制算法优化版，暂停时间控制在毫秒级，不受堆大小影响（最大支持 16TB），JDK21 支持分代 ZGC，停顿时间可缩短至 1 毫秒内。