大家好，我是程序员二叉。
简介
本文一次性讲透对象存活判定、GC Roots、三大GC回收算法、分代回收设计逻辑、对象晋升规则、Minor/Major/Full GC区别、STW、主流垃圾收集器、三色标记法等全套核心考点。欢迎点赞收藏关注。
一、如何判断对象是否存活？引用计数 & 可达性分析
1. 引用计数法
- 实现原理
给每个对象分配一个引用计数器，对象被引用时计数器+1，引用失效释放时计数器-1；计数器数值为0代表对象可回收。 - 优点
实现逻辑简单、判定响应速度快，回收时无停顿压力。 - 致命缺陷
无法解决对象循环引用场景，两个对象互相引用，计数器永远无法归零，造成内存泄漏，因此HotSpot JVM并未采用此方案。
2. 可达性分析算法（Java虚拟机标准方案）
- 实现原理
以固定的GC Roots作为起始根节点，向下遍历整个引用链路；遍历过程中能连通到的对象标记为存活，无法抵达的对象判定为垃圾可回收。 - 优点
完美规避循环引用问题，判定精准稳定；是HotSpot、Android ART虚拟机统一使用的存活判断方式。
二、GC Roots包含哪些对象
作为可达性分析起点、永远不会被回收的根对象，一共5大类：
- 虚拟机栈（栈帧局部变量表）中引用的对象
- 方法区中static静态变量引用的对象
- 方法区中运行时常量池引用的常量对象
- 本地方法栈中JNI Native方法引用的对象
- 持有
synchronized同步锁的对象
三、三大垃圾回收算法及各自优缺点
1. 标记-清除（Mark-Sweep）
- 执行流程：先遍历标记所有存活对象 → 统一清理未标记的垃圾对象
- 优点：实现简单，不需要额外预留内存空间
- 缺点：
- 两次全堆扫描，整体回收效率偏低
- 清理后产生大量不连续内存碎片，大对象分配容易OOM
2. 复制算法（Copy）
- 执行流程：把内存划分两块对等区域，只使用其中一块；GC时将存活对象完整复制到空白区域，复制完成直接清空原整块内存
- 优点：复制过程无内存碎片、回收速度极快
- 缺点：内存利用率天然只有50%，存活对象数量多的时候复制开销巨大
3. 标记-整理（Mark-Compact）
- 执行流程：第一步标记存活对象；第二步将所有存活对象向内存一端紧凑移动；最后清空边界以外全部垃圾空间
- 优点：无内存碎片、内存利用率100%，适合存活率高的内存区域
- 缺点：需要移动大量存活对象，整体耗时更长、效率偏低
四、新生代用复制算法，老年代用标记整理的原因
新生代适配复制算法
- 新生代对象生命周期极短，98%左右的对象Minor GC都会直接消亡，存活对象占比极低
- 复制少量存活对象开销很小，回收速度快，几乎无碎片
- HotSpot优化：采用Eden:From:To=8:1:1布局，实际内存利用率高达90%，规避原生复制算法50%利用率的短板
老年代适配标记-整理算法
- 老年代对象存活率极高、生命周期长，大量存活对象如果用复制算法，拷贝成本极高
- 老年代经常存放大对象，一旦产生内存碎片极易分配失败触发Full GC；标记整理压缩后空间连续，完美适配大对象分配需求
五、新生代对象晋升到老年代的四大条件
- 年龄阈值达标（默认15）
对象每熬过一次Minor GC，年龄计数器+1；年龄达到-XX:MaxTenuringThreshold默认值15，自动晋升老年代。 - 动态年龄判定
Survivor区中，相同年龄所有对象占用内存总和 > Survivor空间一半；大于等于该年龄的全部对象直接晋升，无需等到15岁。 - 超大对象直接分配老年代
对象大小超过-XX:PretenureSizeThreshold阈值，不走新生代，直接创建在老年代，避免Eden反复复制大数组/大实例。 - 分配担保机制
Minor GC后存活对象总量大于Survivor剩余容量，无法放入Survivor，存活对象直接转移到老年代。
六、Minor GC、Major GC、Full GC定义与触发条件
1. Minor GC
- 回收范围：仅新生代（Eden+两块Survivor）
- 触发条件：Eden内存空间填满
- 特点：执行频繁、停顿时间短、速度快
2. Major GC
- 回收范围：仅老年代区域
- 触发条件：老年代内存占用接近上限
- 特点：速度远慢于Minor GC，常伴随一次Minor GC一起发生
3. Full GC
- 回收范围：整个堆（新生代+老年代）+ 元空间
- 触发条件：
- 手动调用
System.gc() - 老年代空间不足
- Minor GC担保失败
- 元空间Metaspace内存耗尽
- 手动调用
- 特点：停顿时间最长、性能损耗最大，线上业务要极力减少Full GC频率
七、什么是STW（Stop The World）
- 定义
垃圾回收执行标记、复制、整理操作时，所有Java业务用户线程全部暂停冻结，只有GC后台线程允许运行。 - 存在意义
保证可达性分析标记阶段，对象之间的引用关系不会被业务线程修改，防止标记错乱、存活对象误回收。 - 优化方向
没有任何收集器能彻底消除STW；G1、ZGC、Shenandoah等低延迟收集器的核心目标就是尽可能压缩STW停顿时长。
八、主流常用垃圾收集器分类
新生代收集器
- Serial：单线程收集器，客户端小程序、嵌入式设备使用
- ParNew：Serial多线程优化版，曾配合CMS使用
- Parallel Scavenge：主打高吞吐量，关注程序整体运行效率
老年代收集器
- Serial Old：Serial单线程老年代版本
- Parallel Old：Parallel Scavenge配套多线程老年代收集器
- CMS：并发低延迟收集器，减少STW时长，JDK8经典老年代收集器
整堆分代收集器（全堆管理）
- G1：分区式收集器，可预测停顿时间，JDK9之后官方默认收集器
- ZGC：超低延迟收集器，百微秒级STW，大内存堆场景首选
- Shenandoah：RedHat推出的低延迟收集器，和ZGC定位一致
九、三色标记法原理
三色标记是CMS、G1、ZGC等并发GC用来做可达性标记的核心算法，用来拆分标记阶段，降低STW时长。
三种颜色状态
- 白色：初始状态，尚未扫描访问的对象，最终白色对象判定为垃圾
- 灰色：已经被扫描到，但自身持有的子引用对象还未全部遍历处理完成
- 黑色：自身已扫描完毕，所有下级引用全部遍历完成，标记为稳定存活对象
并发标记两大问题
- 浮动垃圾：并发过程中新产生的垃圾，本次GC无法回收，留到下一轮GC处理，无安全风险
- 对象漏标（致命）：灰色对象断开黑色引用、同时引用白色对象，会导致存活白色对象被误回收；解决方案：CMS用增量更新、G1/ZGC用原始快照SATB
总结（面试速记版）
- 对象存活：HotSpot只用可达性分析，放弃引用计数（循环引用缺陷）
- GC Roots五大类：栈、static、常量、JNI、锁对象
- 三大算法：标记清除（碎片）、复制（快、利用率90%新生代）、标记整理（无碎片适配老年代）
- 晋升四条件：年龄15、动态年龄、大对象、Survivor存不下
- GC分级：Minor(新生代)、Major(老年代)、Full(全堆，尽量规避)
- STW：GC暂停业务线程，所有收集器都存在，只能缩短不能消除
- 收集器梯队：Serial/Parallel/CMS/G1/ZGC，延迟逐步提升
- 三色标记：白未扫、灰处理中、黑已完成；解决漏标保障并发安全
