1. 引言
JVM 垃圾回收（Garbage Collection，简称 GC）是 Java 面试中几乎必考的核心知识点。无论是校招还是社招，面试官都喜欢通过 GC 相关的问题来考察候选人对 JVM 内存管理机制的理解深度。本文整理了 JVM 垃圾回收的高频面试题，从基础概念到进阶原理，帮助你在面试中从容应对。
2. 什么是垃圾回收
垃圾回收（GC）是 JVM 自动管理内存的一种机制。它负责识别并回收堆内存中不再被引用的对象，释放内存空间，避免内存泄漏和内存溢出。
在 Java 中，程序员不需要像 C/C++ 那样手动释放内存，JVM 的垃圾回收器会自动完成这一工作。但这并不意味着我们可以完全忽视内存管理，理解 GC 的工作原理对于写出高性能、低延迟的 Java 应用至关重要。
3. 如何判断对象是否可以被回收
3.1 引用计数法
引用计数法是为每个对象维护一个引用计数器，当对象被引用时计数器加 1，引用失效时计数器减 1。当计数器为 0 时，对象可以被回收。
缺点：无法解决循环引用问题。例如 A 引用 B，B 引用 A，但两者都不再被外部引用时，它们的计数器都不为 0，导致无法被回收。
3.2 可达性分析算法
这是目前主流 JVM（如 HotSpot）采用的算法。它从一组称为 GC Roots 的根对象出发，通过引用链向下搜索，能够到达的对象标记为存活对象，无法到达的对象判定为可回收对象。
GC Roots 包括：
- 虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
- 方法区中静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用的对象
- 本地方法栈中 JNI 引用的对象
- 活跃线程（Thread）对象
4. 垃圾回收算法有哪些
4.1 标记-清除算法（Mark-Sweep）
原理：先标记所有需要回收的对象，然后统一回收被标记的对象。
优点：实现简单，不需要移动对象。
缺点：
- 标记和清除效率都不高
- 会产生大量不连续的内存碎片，导致后续大对象分配困难
4.2 复制算法（Copying）
原理：将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当一块内存用完后，将存活对象复制到另一块，然后清理已使用过的空间。
优点：实现简单，运行高效，不会产生内存碎片。
缺点：内存利用率只有一半，存在空间浪费。
应用场景：HotSpot 虚拟机的新生代采用此算法，将新生代划分为 Eden 区和两个 Survivor 区（默认比例为 8:1:1）。
4.3 标记-整理算法（Mark-Compact）
原理：先标记所有需要回收的对象，然后让所有存活对象向一端移动，最后直接清理掉端边界以外的内存。
优点：不会产生内存碎片，内存利用率高。
缺点：移动对象需要更新引用，效率比复制算法低。
应用场景：老年代通常采用此算法。
4.4 分代收集算法
原理：根据对象存活周期的不同，将堆内存划分为新生代和老年代。新生代对象存活率低，采用复制算法；老年代对象存活率高，采用标记-清除或标记-整理算法。
这是目前主流 JVM 垃圾收集器普遍采用的策略。
5. 什么是分代回收
分代回收是 HotSpot 虚拟机采用的核心策略，它将堆内存划分为以下几个区域：
- 新生代（Young Generation）：存放生命周期短的对象，包括 Eden 区、Survivor 0 区（S0）和 Survivor 1 区（S1）。
- 老年代（Old Generation）：存放生命周期长或经过多次 Minor GC 后仍然存活的对象。
- 元空间（Metaspace）：JDK 8 之后取代永久代，存放类的元数据信息。
新生代 GC（Minor GC）：发生在新生代的垃圾回收，频率高、速度快。
老年代 GC（Major GC / Full GC）：发生在老年代的垃圾回收，频率低、速度慢，通常伴随至少一次 Minor GC。
6. 常见的垃圾收集器有哪些
6.1 Serial 收集器
单线程收集器，进行垃圾回收时必须暂停所有工作线程（Stop The World）。适用于单 CPU 环境下的客户端模式，简单高效。
6.2 ParNew 收集器
Serial 收集器的多线程版本，使用多条线程并行进行垃圾回收。是服务端模式下首选的新生代收集器之一。
6.3 Parallel Scavenge 收集器
关注点是吞吐量（高效率利用 CPU），适合后台运算而不需要太多交互的任务。JDK 8 默认的新生代收集器。
6.4 Serial Old 收集器
Serial 收集器的老年代版本，单线程，采用标记-整理算法。
6.5 Parallel Old 收集器
Parallel Scavenge 收集器的老年代版本，多线程，采用标记-整理算法。
6.6 CMS 收集器
以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，基于标记-清除算法。适合互联网站等对响应时间要求较高的场景。
缺点：
- 对 CPU 资源敏感
- 无法处理浮动垃圾
- 会产生内存碎片
6.7 G1 收集器
面向服务端应用的垃圾收集器，将堆划分为多个大小相等的 Region，可以预测停顿时间。JDK 9 之后成为默认收集器。
特点：
- 并行与并发
- 分代收集
- 空间整合
- 可预测的停顿时间
6.8 ZGC 收集器
JDK 11 引入的实验性收集器，JDK 15 转正。基于 Region 内存布局，使用染色指针和读屏障技术，停顿时间极短（毫秒级），适用于大堆内存场景。
7. 什么是 Stop The World
Stop The World（STW）是指垃圾回收过程中，JVM 需要暂停所有用户线程，只让垃圾回收线程工作。这是导致 GC 停顿的根本原因。
影响：STW 时间越长，应用的响应延迟越高。因此，现代垃圾收集器的核心优化目标就是缩短 STW 时间。
优化手段：
- 使用并发收集器（如 CMS、G1）让部分回收工作与用户线程并发执行
- 使用低停顿收集器（如 ZGC、Shenandoah）
8. 什么是 Minor GC 和 Full GC
Minor GC：发生在新生代的垃圾回收。由于新生代对象大多朝生夕灭，Minor GC 非常频繁，回收速度也很快。
触发条件：Eden 区空间不足时触发。
Full GC：对整个堆（新生代 + 老年代 + 元空间）进行垃圾回收。Full GC 速度慢、停顿时间长，应尽量避免。
触发条件：
- 老年代空间不足
- 元空间空间不足
- 调用 System.gc()（只是建议，不一定会执行）
- CMS 收集器出现 Concurrent Mode Failure
9. 对象什么时候进入老年代
- 对象年龄达到阈值 ：对象每经历一次 Minor GC 仍然存活，年龄加 1，默认达到 15 岁时进入老年代（可通过
-XX:MaxTenuringThreshold设置）。 - 大对象直接进入老年代 ：超过
-XX:PretenureSizeThreshold设置的大对象直接分配在老年代，避免在新生代频繁复制。 - 动态年龄判定：Survivor 区中相同年龄所有对象大小总和超过 Survivor 区一半时，年龄大于等于该值的对象直接进入老年代。
- 空间分配担保：Minor GC 后存活对象过多，Survivor 区无法容纳时，多余对象进入老年代。
10. 如何排查内存泄漏和内存溢出
10.1 常见排查工具
- jps：查看 Java 进程
- jstat：查看 JVM 统计信息
- jmap：导出堆转储文件
- jstack：查看线程堆栈
- MAT（Memory Analyzer Tool）：分析堆转储文件
- VisualVM：可视化监控 JVM
10.2 排查步骤
- 使用
jps找到目标 Java 进程 - 使用
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof <pid>导出堆转储文件 - 使用 MAT 或 VisualVM 分析堆转储文件，定位大对象和可疑引用链
- 结合代码分析，找到内存泄漏的根源
10.3 常见内存泄漏场景
- 静态集合类持有对象引用未释放
- 未关闭的连接（数据库连接、IO 流）
- 监听器未注销
- 缓存中的对象未清理
- ThreadLocal 使用不当
11. 高频面试题汇总
11.1 基础题
Q1：Java 中如何判断对象可以被回收？
答：主要通过可达性分析算法，从 GC Roots 出发，无法到达的对象可以被回收。引用计数法因无法解决循环引用问题，主流 JVM 已不采用。
Q2：GC Roots 包含哪些？
答：虚拟机栈中引用的对象、方法区静态属性和常量引用的对象、本地方法栈 JNI 引用的对象、活跃线程对象。
Q3：新生代为什么采用复制算法？
答：新生代对象存活率低，复制算法效率高且不会产生内存碎片。通过 Eden 和两个 Survivor 区的划分，将内存利用率提升到 90% 左右。
11.2 进阶题
Q4：CMS 和 G1 的区别是什么？
答：CMS 基于标记-清除算法，会产生内存碎片；G1 基于 Region 划分，采用标记-整理算法，空间整合更好。G1 可以预测停顿时间，适合大堆场景。
Q5：什么是 Concurrent Mode Failure？
答：CMS 收集器在并发清理阶段，用户线程仍在运行，如果此时老年代空间不足，会触发 Concurrent Mode Failure，导致退化为 Serial Old 收集器进行 Full GC，停顿时间大幅增加。
Q6：如何减少 Full GC 的频率？
答：合理设置堆大小和新生代比例、避免创建过多大对象、及时释放无用引用、使用合适的垃圾收集器、优化代码减少对象创建。
11.3 场景题
Q7：线上应用频繁 Full GC，如何排查？
答：先通过 jstat -gcutil 查看 GC 频率和堆使用情况，再通过 jmap 导出堆转储，用 MAT 分析大对象和引用链，定位内存泄漏点，最后结合代码优化。
Q8：如何选择垃圾收集器？
答：根据应用场景选择。追求吞吐量选 Parallel Scavenge + Parallel Old；追求低延迟选 G1 或 ZGC；单机小应用选 Serial。JDK 8 默认 Parallel，JDK 9+ 默认 G1。
12. 总结
JVM 垃圾回收是 Java 面试的核心考点，需要掌握的知识点包括：
- 对象存活判定算法（可达性分析）
- 三种基本回收算法（标记-清除、复制、标记-整理）
- 分代收集策略
- 主流垃圾收集器（Serial、Parallel、CMS、G1、ZGC）
- STW 机制及优化
- 内存泄漏排查方法
建议在理解原理的基础上，结合线上调优实践加深记忆。面试时不仅要能回答概念，更要能结合实际场景分析问题。