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Java垃圾回收机制深入分析
GC基础
在Java垃圾回收（GC）中，可达性分析是核心算法的基础。通过一系列GC Roots作为起始点，遍历对象图，找出无法从GC Roots到达的对象即可回收。
GC Roots
可以作为GC Roots的对象包括：
- 虚拟机栈中本地变量表中的引用的对象
- 本地方法栈中JNI引用的对象
- 方法区中类静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用的对象
三色标记
三色标记法用于标记存活对象：
- white：未被标记
- gray：本身已标记，但部分引用的对象未被标记
- black：本身已标记，且所有引用的对象已被标记
标记过程从GC Roots出发，依次标记gray，再标记black。最终，white对象即为可回收对象。
分代收集
传统GC将堆分为三代：
- 年轻代：临时对象，快速回收
- 老年代：长期存活对象
- 永久代：类信息、字符串常量等
年轻代采用复制算法，老年代采用标记-清除或标记-整理。
标算法
Mark and Sweep
- 简单实现，GC停顿短
- 需维护空闲列表，内存碎片较多
Mark-Sweep-Compact
- 整理存活对象到连续空间
- 减少碎片，但复制对象导致停顿时间长
Mark and Copy
CMS回顾
CMS采用并发标记-清除算法，减少GC停顿。主要步骤：
初始标记：标记GC Roots直接可达的老年代对象 并发标记：标记存活对象，处理引用关系变化 预清理：处理并发修改导致的漏标 重新标记：扫描年轻代和老年代 并发清理：释放空闲空间 重置：清除数据结构，为下一轮GC准备 G1算法
G1（Garbage-First）是优化的服务器端GC，目标是先垃圾回收，减少停顿。主要特点：
- 并行运行，减少STW
- 整理空闲空间，减少碎片
- 提供可控的GC暂停时间
G1设计目的
- 适合多处理器大内存环境
- 取代CMS，提高吞吐量
- 采用增量回收，GC暂停时间可预测
G1基本概念
G1将堆划分为多个区域，新生代与老年代不连续，支持动态角色转换。每个区域细分为卡片，实现细粒度引用统计。G1通过动态调整CSet大小，优先回收垃圾多的区域，减少GC时间。
Young GC
初始堆只有YoungGen，触发YoungGC时将存活对象复制到另一个Survivor区域。G1通过多线程并行复制，减少停顿。
Concurrent Marking
G1并发标记包括：
初始标记（STW）：标记GC Roots直接可达的老年代对象 Root Region Scan：扫描Root Region并标记可达对象 并发标记：线程遍历堆，标记存活对象 重新标记（STW）：完成并发标记，处理引用更新 Mixed GC
Mixed GC处理CSet包含Old和Young区域的GC，基于RSet维护每个区域的引用关系。
RSet维护
RSet记录跨区域引用，维护：
- 应用线程写操作触发写后屏障
- 异步更新RSet，减少写屏障开销
总结
并发标记与增量收集是G1高性能与可预测GC的关键。G1适合CPU资源充足且对延迟敏感的服务端应用，提供良好响应速度。然而，额外的写屏障和活跃GC线程会影响吞吐量，需权衡GC性能与应用性能。
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