【023】GC 入门：分代、常见收集器名词、如何读 GC 日志-开发者社区

写 Java 代码时，你可能写过这样的代码：

while(true){List<byte[]>list=newArrayList<>();for(inti=0;i<1000;i++){list.add(newbyte[1024*1024]);// 1MB}Thread.sleep(1000);}

运行一段时间后，程序可能会卡顿，甚至OOM。这背后就是垃圾回收（GC）在起作用。

理解 GC，能帮你：

排查线上 OOM 问题
优化程序性能，减少 GC 停顿
合理配置 JVM 参数
选型合适的垃圾收集器

下面我按「分代模型 → GC 算法 → 垃圾收集器 → GC 日志」的顺序往下聊。

1. 为什么需要 GC？🧹

1.1 内存泄漏与 OOM

Java 程序运行时会不断创建对象，这些对象存在堆内存中。如果对象不再使用但没有被回收，堆内存会逐渐耗尽，最终导致OutOfMemoryError。

// 内存泄漏示例List<byte[]>list=newArrayList<>();while(true){list.add(newbyte[1024*1024]);// 不断添加，不清理Thread.sleep(1000);}

1.2 GC 的作用

GC（Garbage Collection）自动回收不再使用的对象，释放内存空间。

// GC 自动回收List<byte[]>list=newArrayList<>();for(inti=0;i<1000;i++){list.add(newbyte[1024*1024]);}// 循环结束后，list 超出作用域，变成垃圾// GC 会自动回收这些 byte[] 对象

2. JVM 分代模型 🧬

2.1 堆内存分代

JVM 堆内存分为新生代和老年代：

堆内存（Heap）： │ ├─ 新生代（Young Generation） │ ├─ Eden 区：新对象分配 │ ├─ Survivor 区 S0（From） │ └─ Survivor 区 S1（To） │ └─ 老年代（Old Generation） └─ 长期存活的对象

2.2 新生代

新生代存放新创建的对象，大多数对象生命周期很短。

Eden 区：新对象分配区
Survivor 区（S0、S1）：存放经历一次 Minor GC 后仍然存活的对象

// 大多数对象在新生代分配Useruser=newUser();// 在 Eden 区

2.3 老年代

老年代存放长期存活的对象：

经历多次 Minor GC 后仍然存活的对象
大对象（直接分配）

// 大对象直接进入老年代byte[]large=newbyte[10*1024*1024];// 10MB

2.4 元空间（方法区）

元空间（Java 8+）存放类信息、常量、静态变量：

Java 7 及之前：永久代（PermGen） Java 8 及之后：元空间（Metaspace）

3. GC 类型与触发条件 🔄

3.1 Minor GC（Young GC）

Minor GC发生在新生代，清理 Eden 区和 Survivor 区。

触发条件：Eden 区空间不足

特点：

频率高
停顿时间短
采用复制算法

3.2 Major GC / Full GC

Major GC发生在老年代，清理老年代。

Full GC清理整个堆（新生代 + 老年代）。

触发条件：

老年代空间不足
调用System.gc()
元空间不足
Minor GC 后晋升对象大小 > Survivor 区

特点：

频率低
停顿时间长
影响系统性能

3.3 GC 日志示例

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 512K->64K(1536K)] 1024K->512K(2048K), 0.0012345 secs]

4. GC 算法 📊

4.1 标记-清除算法（Mark-Sweep）

步骤：

标记所有需要回收的对象
清除标记的对象

缺点：

产生内存碎片
效率不高

标记-清除： 标记前：□ ■ □ ■ ■ □ 标记后：□ ■ ■ ■ ■ □ （■ 是垃圾） 清除后：□ □ □ □ □ （碎片）

4.2 复制算法（Copying）

将内存分为两块，每次只使用一块，回收时将存活对象复制到另一块。

优点：无碎片
缺点：内存利用率低

复制算法： ┌─────────┬─────────┐ │ 使用中 │ 空闲 │ └─────────┴─────────┘ 回收时：把存活对象复制到空闲区

4.3 标记-整理算法（Mark-Compact）

步骤：

标记需要回收的对象
整理存活对象，向一端移动
清除边界外的对象

优点：无碎片
缺点：效率低

标记-整理： 标记前：□ ■ □ ■ ■ □ 整理后：□ □ □ □ □ ■ （存活对象移动到一端） 清除后：□ □ □ □ □

5. 垃圾收集器 🚀

5.1 收集器分类

收集器	作用区域	算法	特点
Serial	新生代	复制	单线程，停顿长
ParNew	新生代	复制	多线程版本
Parallel Scavenge	新生代	复制	吞吐量优先
Serial Old	老年代	标记-整理	单线程
Parallel Old	老年代	标记-整理	多线程
CMS	老年代	标记-清除	并发收集，低停顿
G1	全堆	标记-整理	分区域，可预测停顿
ZGC	全堆	标记-整理	并发，极低停顿

5.2 Serial 收集器

最古老的收集器，单线程执行。

# 启用 Serial 收集器-XX:+UseSerialGC

特点：

单线程
简单高效
停顿时间长

适用场景：客户端模式、内存较小的应用

5.3 Parallel 收集器

吞吐量优先的收集器，多线程并行收集。

# 启用 Parallel 收集器-XX:+UseParallelGC# 设置线程数-XX:ParallelGCThreads=4

特点：

多线程
吞吐量高
适合后台应用

适用场景：批处理、科学计算

5.4 CMS 收集器

并发收集器，低停顿。

# 启用 CMS 收集器-XX:+UseConcMarkSweepGC

工作阶段：

初始标记（STW）：标记 GC Roots
并发标记：并发追踪存活对象
重新标记（STW）：修正标记
并发清除：清除垃圾

特点：

并发收集
停顿短
产生内存碎片

适用场景：互联网应用

5.5 G1 收集器

面向服务端的收集器，可预测停顿。

# 启用 G1 收集器-XX:+UseG1GC# 设置停顿目标-XX:MaxGCPauseMillis=200

特点：

分区域（Region）
可预测停顿
整理碎片
并发收集

适用场景：大内存应用

5.6 ZGC 收集器

超低停顿的收集器。

# 启用 ZGC-XX:+UseZGC

特点：

并发收集
停顿 < 10ms
支持 TB 级内存

适用场景：大内存、低停顿应用

5.7 收集器组合

# 组合 1：Serial + Serial Old-XX:+UseSerialGC# 组合 2：ParNew + CMS-XX:+UseParNewGC-XX:+UseConcMarkSweepGC# 组合 3：Parallel + Parallel Old-XX:+UseParallelGC# 组合 4：G1（独立使用）-XX:+UseG1GC

6. GC 日志解读 📝

6.1 开启 GC 日志

# 打印 GC 日志-XX:+PrintGCDetails-XX:+PrintGCDateStamps-Xloggc:gc.log# 示例java-XX:+PrintGCDetails-Xloggc:gc.logMyApp

6.2 Minor GC 日志

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 512K->64K(1536K)] // 新生代：回收前->回收后(总大小) 1024K->512K(2048K), // 堆：回收前->回收后(总大小) 0.0012345 secs] // 停顿时间

6.3 Full GC 日志

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 512K->0K(1536K)] [ParOldGen: 1024K->1023K(2048K)] 1536K->1023K(3584K), 0.0123456 secs]

6.4 CMS 日志

[GC [1 CMS-initial-mark: 1024K(2048K)] 1024K(2048K), 0.0012345 secs] [GC [CMS-concurrent-mark-start] [GC [CMS-concurrent-mark: 0.0123456/0.0123456 secs] [GC [CMS-concurrent-sweep-start] [GC [CMS-concurrent-sweep: 0.0234567/0.0234567 secs] [GC [CMS-concurrent-reset-start] [GC [CMS-concurrent-reset: 0.0001234/0.0001234 secs]

6.5 G1 日志

[GC pause (G1 Evacuation Pause) young 512M->128M(2048M), 0.0123456 secs] [GC concurrent-root-region-scan-start] [GC concurrent-root-region-scan-end, 0.0012345 secs] [GC concurrent-mark-start] [GC concurrent-mark-end, 0.0234567 secs]

7. GC 调优实战 🎯

7.1 常见 GC 问题

问题	现象	原因
Minor GC 频繁	频繁 minor gc	对象分配太快
Full GC 频繁	频繁 full gc	内存不足、大对象
GC 停顿长	页面卡顿	堆太大、GC 选型不当
OOM	程序崩溃	内存泄漏、堆太小

7.2 调优思路

# 1. 调整堆大小-Xms2g-Xmx2g# 2. 调整新生代比例-Xmn512m# 新生代 512MB-XX:NewRatio=2# 新生代:老年代 = 1:2# 3. 调整 Survivor 比例-XX:SurvivorRatio=8# Eden:Survivor = 8:1# 4. 选择收集器-XX:+UseG1GC-XX:MaxGCPauseMillis=200

7.3 监控工具

# jstat：查看 GC 统计jstat-gcutil<pid>1000# jmap：查看堆内存jmap-heap<pid># jcmd：综合诊断jcmd<pid>GC.heap_info

小结

GC自动回收不再使用的对象，释放内存
分代模型：新生代（Eden + Survivor）、老年代、元空间
GC 算法：标记-清除、复制、标记-整理
垃圾收集器：Serial、Parallel、CMS、G1、ZGC
CMS：并发收集，低停顿，适合互联网应用
G1：分区域收集，可预测停顿，适合大内存应用
GC 日志可以反映 GC 频率、停顿时间、内存使用情况

下一篇（024）预告：JVM 参数入门：堆、栈、元空间与典型模板——常用 JVM 参数、GC 调优参数、性能优化模板。