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overview

GC 概览与内存区域​

ToC​

  • 运行时内存布局
  • GC Roots 与 Safepoint
  • 分代假说与常见收集器
  • 调优维度与指标

运行时内存布局（HotSpot）​

  • Java Heap（新生代/老年代，G1 等为 Region 化）：对象主要分配地；
  • Metaspace：类元数据（替代 PermGen）；
  • Thread Stack：每线程私有栈帧；
  • Code Cache：JIT 生成的机器码；
  • 其他：TLAB、C1/C2 编译缓存等。

GC Roots 与 Safepoint​

  • GC Roots：栈上的局部变量、静态字段、JNI 本地引用等；
  • Safepoint：JVM 在特定安全点挂起/检查线程以执行 STW 阶段（如根可达性扫描、转移/重定位）；
  • 写屏障/读屏障：辅助并发/增量式收集（如 SATB/卡表）。

分代假说与常见收集器​

  • “大多数对象朝生夕死，少数对象存活时间较长” → 新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理/压缩；
  • 典型收集器：
    • Serial/Parallel：吞吐优先；
    • CMS（已废弃）：并发标记清除，碎片问题；
    • G1：Region 化、并发标记、可预测暂停；
    • ZGC/Shenandoah：低停顿收集器（读屏障/染色指针）。

调优维度与指标​

  • 目标：吞吐率、最大暂停时间、尾延迟；
  • 指标：年轻代/老年代占用、晋升失败、Full GC 次数与时长、对象分配速率、幸存区复制失败；
  • 工具：JFR、jstat -gcutil、jcmd GC.heap_info、jmap -histo、GC 日志（-Xlog:gc*）。

常用命令与日志​

# 概览与监控
jcmd <pid> GC.heap_info
jstat -gcutil <pid> 1s 20     # 每秒输出 20 次 GC 利用率
jmap -histo:live <pid> | head # 活对象直方图

# 打开 GC 日志（JDK 9+）
JAVA_TOOL_OPTIONS="-Xlog:gc*,safepoint:file=gc.log:tags,uptime,level"

日志要点：年轻代/混合/Full GC 次数与暂停、晋升失败（promotion failed）、Humongous 对象、并发标记时间、回收集大小等。

内存与目标设定​

  • 初始与最大堆：-Xms/-Xmx，生产建议设置为相等减少扩容；
  • 目标优先级：吞吐（Parallel）vs 暂停（G1/ZGC）；
  • 指标闭环：设定 MaxGCPauseMillis/SLA → 监控 → 调整 Region/阈值/软上限（如 ZGC 的 SoftMaxHeapSize）。