JVM 内存模型与 GC 原理解析
本文将从 JVM 内存模型入手，深入剖析各个区域的作用、GC 的运行机制与常见算法，并结合源码与面试思维，带你掌握 JVM 的底层世界。
一、JVM 内存模型（Java Memory Model）
JVM 将内存划分为若干区域，每个区域有其独立职责：
- 程序计数器（线程私有）
- 虚拟机栈（线程私有）
- 本地方法栈
- 堆（Heap）
- 方法区（MetaSpace）
二、重点区域解析
2.1 堆（Heap）
- 所有对象实例、数组存放在堆中。
-Xms和-Xmx设置堆初始与最大值。- GC 的核心目标区域。
public class HeapOOM {public static void main(String[] args) {List<byte[]> list = new ArrayList<>();while (true) {list.add(new byte[1024 * 1024]);}}
}
💡 备注：
Q：什么情况下会抛出 OutOfMemoryError？
A：当申请内存超出堆最大容量时，GC 无法回收足够空间就会 OOM。
三、GC（垃圾回收）机制解析
GC 并非作用于所有内存区域，而是只关注堆和方法区。
3.1 常见垃圾回收算法
-
标记-清除
-
复制算法
-
标记-整理
-
分代回收
3.2 分代回收机制
JVM 将堆划分为：
-
新生代（Young Generation）
-
老年代（Old Generation）
具体如：
Young Gen:Eden + SurvivorFrom + SurvivorTo
Old Gen:Tenured
四、主流 GC 垃圾收集器
| 收集器 | 作用代 | 算法 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| Serial | 新生代 | 复制 | 单线程小应用 |
| ParNew | 新生代 | 复制 | 多线程环境 |
| CMS | 老年代 | 标记清除 | 响应快 |
| G1 | 整堆 | 分区整理 | 低延迟大内存 |
| ZGC | 整堆 | 并发标记复制 | 超大内存场景 |
# 示例：开启 G1 收集器
-XX:+UseG1GC
五、GC 日志分析与调优
-XX:+PrintGCDetails -Xloggc:gc.log
典型日志解读：
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 512K->128K(768K)] 1024K->512K(1536K)]
含义：
-
Young GC 发生
-
Eden 区释放
-
堆总容量变化
六、源码视角下的 GC 行为
以 G1为例：
// G1GC 内部空间定义
class G1CollectedHeap : public CollectedHeap {...HeapRegion* _regions;
}
在 G1Policy::record_collection_pause_end() 中控制回收行为：
void G1Policy::record_collection_pause_end(...) {update_young_list_target_length();update_old_gen_estimates();
}
七、JVM 常见调优策略
- 设置合适堆大小，避免频繁 Full GC：
-Xms2g -Xmx2g
- 优化 GC 策略（G1 替代 CMS）：
-XX:+UseG1GC
- 利用 JVM 工具链（如 jmap、jstat、VisualVM）
📌 面试问答分析（Q&A）
💬 Q1：GC 会回收哪些区域？
✅ A1：只会回收堆和方法区（Java 8 开始为元空间 MetaSpace）。
💬 Q2：Minor GC 和 Full GC 有什么区别？
✅ A2：Minor 仅作用于新生代，速度快；Full 会触发老年代，速度慢。
💬 Q3：如何定位 OOM 的位置？
✅ A3：结合 -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 输出内存快照，用 MAT 工具分析。
✅ 总结
本文从 JVM 的内存模型出发，详细解析了堆结构、GC 算法与主流收集器，结合日志调优与源码进行系统讲解，并融入了面试视角与实战经验。掌握 JVM 原理是 Java 工程师高阶进阶的必经之路。
📌 后续预告：下一篇将深入分析 Java 类加载机制及其破坏与替代方案，敬请期待。