垃圾回收（Garbage Collection，GC）是 JVM 自动内存管理的核心能力。它负责识别不再使用的对象，并回收这些对象占用的内存。

1. GC 解决什么问题

在 C/C++ 中，开发者需要手动申请和释放内存。Java 把对象释放交给 JVM 管理，降低了内存管理复杂度。

GC 主要解决：

• 哪些对象不再使用。
• 什么时候回收。
• 如何回收。
• 如何减少回收对业务线程的影响。

2. GC 主要回收哪里

GC 主要管理 Java 堆。

堆中存放大多数对象实例和数组。对象不再被引用后，GC 可以回收它们。

方法区或元空间也可能发生类卸载，但日常说的 GC 通常主要指堆回收。

3. GC Roots

判断对象是否存活，现代 JVM 通常使用可达性分析。

从一组根对象出发，沿引用链向外搜索，能到达的对象是存活对象，不能到达的对象可以被回收。

常见 GC Roots：

• 虚拟机栈中的局部变量引用。
• 静态变量引用。
• 常量引用。
• JNI 引用。
• 正在运行线程相关对象。
• JVM 内部引用。

4. Stop The World

很多 GC 阶段需要暂停所有用户线程，这种暂停称为 Stop The World，简称 STW。

STW 期间：

• 业务线程暂停执行。
• JVM 执行垃圾回收相关工作。
• 应用响应时间可能抖动。

低延迟垃圾回收器的重要目标就是减少 STW 时间。

5. Minor GC、Major GC、Full GC

常见术语：

• Minor GC / Young GC：回收新生代。
• Major GC / Old GC：回收老年代，不同语境含义可能不同。
• Full GC：通常指回收整个堆，并可能涉及元空间等区域。

不同垃圾回收器日志术语不同，分析时要结合具体收集器和日志格式。

6. 吞吐量和延迟

GC 调优通常在吞吐量和延迟之间取舍。

吞吐量关注：

业务执行时间 / 总运行时间

延迟关注：

单次请求最大停顿、P99、P999 响应时间

批处理任务通常更重视吞吐量，在线交易系统通常更重视延迟。

7. GC 不是越少越好

GC 频率低不一定好。如果每次 GC 停顿很长，用户体验仍然很差。

GC 频率高也不一定坏。如果每次停顿很短，总体吞吐和延迟满足目标，也可以接受。

判断 GC 是否健康，要看：

• GC 次数。
• 单次停顿。
• 总停顿时间。
• 回收前后内存变化。
• 老年代增长趋势。
• 业务延迟影响。

8. 阶段小结

GC 的本质是自动内存管理。学习 GC 要先理解对象存活判断，再理解回收算法和收集器，最后结合 GC 日志和业务指标做分析。不要把 GC 调优理解为背参数，真正的调优必须建立在观测和证据之上。

9. GC 工作全流程

对象不断分配
  │
  ▼
堆空间达到触发条件
  │
  ▼
进入 GC
  │
  ├─ 找 GC Roots
  │
  ├─ 做可达性分析
  │
  ├─ 标记存活对象
  │
  ├─ 按算法回收或移动对象
  │
  ├─ 更新引用关系
  │
  └─ 恢复应用线程执行

不同收集器的差异主要在：

• 哪些阶段需要 STW。
• 哪些阶段可以并发。
• 是否移动对象。
• 是否压缩内存。
• 如何控制停顿时间。

10. GC 指标怎么看

指标	含义	排障价值
分配速率	单位时间创建多少对象	判断对象 churn 是否过高
晋升速率	新生代对象进入老年代速度	判断 Survivor/老年代压力
GC 频率	单位时间 GC 次数	判断内存是否紧张
GC 停顿	STW 耗时	判断对接口延迟影响
GC 后水位	回收后堆占用	判断是否泄漏
Full GC 次数	全堆回收频率	判断严重程度

健康的 GC 不是“没有 GC”，而是 GC 行为稳定、停顿可控、回收后水位可回落。

11. GC 与业务延迟的关系

请求进入
  │
  ├─ 正常执行 20ms
  │
  ├─ 中途发生 STW 300ms
  │
  └─ 用户感知 RT ≈ 320ms

所以分析延迟抖动时，要把接口 RT 曲线和 GC 日志按时间对齐。只看平均 RT 很容易掩盖 GC 尖刺对 P99 的影响。

12. Tips 快问快答

Q：GC 次数越少越好吗？

A：不一定。更重要的是总停顿时间、单次最大停顿、业务延迟影响和回收后内存趋势。

Q：Full GC 一定是坏事吗？

A：偶发 Full GC 不一定严重，但频繁 Full GC 或长时间 Full GC 必须关注。

Q：为什么 GC 后内存没有完全清零？

A：因为仍然存活的对象不会被回收，JVM 也不需要把堆清成 0。

Q：GC 调优第一步是什么？

A：开启并分析 GC 日志，建立基线，而不是直接改参数。