JVM 内存与 GC 概览

运行时数据区直觉、堆上对象与 GC 基本目标：先正确测量再谈调优，并标注实现相关性。

#concept #growing #dev #java

[!info] related notes

所属 MOC：JVM 与运行时 · 学习路线

前置概念：类加载 · 对象

后续概念：性能方法论 · JMM

容易混淆：元空间/方法区历史名词

JVM 内存与 GC 概览

这个概念为什么出现

OOM、频繁停顿、堆配置争论都指向内存与 GC。先建立对象在堆、帧在栈、GC 回收不可达对象的模型，再谈收集器名称与参数。

[!abstract] 一句话理解对象主要在堆分配；GC 回收不可达对象；具体分代/收集器/停顿行为高度实现相关，必须测量后调优。

最小可观察示例

场景：分配大量临时对象观察程序仍可结束（示意）

public class AllocChurn {
    public static void main(String[] args) {
        long sum = 0;
        for (int i = 0; i < 100_000; i++) {
            sum += ("id-" + i).length(); // 源码产生临时字符串，实际分配可能被 JIT 优化
        }
        System.out.println(sum);
    }
}

javac AllocChurn.java && java -Xms32m -Xmx32m AllocChurn

在 JDK 21 中期望打印 788890 并正常退出。HotSpot 可用完整命令 java -Xms32m -Xmx32m -Xlog:gc*:file=gc.log AllocChurn 观察日志。这个短程序不保证触发 GC；正常退出也不能证明每个临时对象都实际分配过或已被回收。

结合场景再看三个关注点

临时对象靠 GC 回收，不是手动 free。
-Xmx 限制 Java 堆，不等于 JVM 进程或容器总内存上限。
检查日志中的具体 GC 事件；只有初始化信息不代表发生过回收，有 GC 也不代表需要立刻调参。

核心概念与准确模型

1. 运行时数据区（教学模型）

堆：对象实例
JVM 栈：调用帧、局部变量与操作数栈；局部变量可含基本值或对象引用。
方法区是 JVMS 的逻辑区域；HotSpot 元空间主要承载类元数据，使用本地内存，不能把两者当作完全同义词。
PC/本地栈等

2. 可达性

从 GC roots 不再强可达的对象才可能进入后续引用处理/回收流程；弱、软、虚引用另有语义。可回收不等于立即回收，GC 也不负责及时关闭文件、连接或锁。JIT 可能通过逃逸分析和标量替换消除分配，教学数据区模型不规定每个值的物理位置。

3. 收集器

Serial/Parallel/G1/ZGC… 名称与默认随 JDK 版本变。

边界情况与反直觉行为

内存泄漏常是“仍可达但不该可达”（缓存、监听器）。
堆外内存（直接内存、JNI）不在同一仪表盘。
finalization 自 JDK 18 起已标记待移除，不保证及时执行；资源关闭应使用明确生命周期和 try-with-resources。

常见误区

[!warning] 常见误区：一上来抄 GC 参数大全先修分配与泄漏，再用指标驱动。

工程实践

为容器预算堆、线程栈、元空间、代码缓存、直接内存和其他本地开销，不能把全部容器限额都给 Xmx。
观察分配速率、停顿、堆占用。
用 MAT/jcmd/jfr 定位保留路径。
版本升级后重测默认收集器变化。

本节总结

堆对象 + 可达性回收
实现相关细节要标注
测量优先于调参

自测题

栈上装的是对象本身吗？
为什么“泄漏”在 GC 语言里仍可能发生？

参考答案

栈帧持有引用/基本类型局部量；对象实例通常在堆。
对象仍被无意引用保持可达，GC 无法收。

延伸阅读与资料来源

资料	类型	支撑内容
HotSpot GC Tuning Guide	官方	实现向导
JVMS Runtime Data Areas	规范	数据区概念