一、为什么要关心内存和垃圾回收？
想象一下，你在家里做饭，切菜、炒菜、洗碗。如果你不及时清理垃圾，厨房会越来越乱，最后你连锅都找不到。计算机内存就像厨房，垃圾回收（GC）就是帮你清理垃圾的“保洁员”。
程序运行时会不断创建对象（比如数字、字符串、图片），这些对象占用内存。如果不清理，内存会被塞满，程序就会“卡死”甚至崩溃。
所以，GC 的目标：自动清理不再使用的对象，让程序继续顺畅运行。
二、内存结构：程序的“房间布局”
Java 程序运行时，内存主要分成几个区域（可以类比成房间）：
- 堆（Heap）：存放对象的地方，GC 的主要工作区域。
- 栈（Stack）：存放方法调用和临时变量，像工作台，用完就清理。
- 方法区（Method Area）：存放类信息、常量，像说明书。
重点是 堆，因为对象都在这里，垃圾也在这里。
三、第一性原理：为什么要分代？
问题：为什么不直接把整个堆当成一个大垃圾堆，定期清理？
答案：因为这样效率太低。
观察程序的运行规律，发现一个现象：
- 大部分对象“活得很短”（比如临时变量、临时字符串），很快就没用了。
- 少部分对象“活得很久”（比如缓存、全局配置）。
这就是著名的 分代假说（Generational Hypothesis）：
大部分对象朝生暮死，少部分对象长寿。
于是，Java 把堆分成两代：
- 年轻代（Young Generation）：存放新生对象，垃圾多，清理频繁。
- 老年代（Old Generation）：存放长寿对象，垃圾少，清理少。
这样，GC 可以针对不同区域采用不同策略，提高效率。
- 核心规律：对象的“死亡率”随年龄快速下降——大多数对象很快就被回收，少数能熬过多次 GC 的对象会“晋升”到老年代。
- 左侧曲线是示意（非精确数据）：展示“存活率/数量随对象年龄快速衰减”。
- 右侧框图：
- 年轻代内含 Eden / Survivor S0 / Survivor S1，Minor GC 主要在这里发生；
- 经多次存活后的小部分对象 Promotion 到 Old Gen，老年代会经历 Major/Full GC。
四、GC 的工作方式：不同“保洁员”的风格
1. 年轻代 GC（Minor GC）
- 频繁发生，速度快。
- 用 复制算法：把活着的对象搬到另一块区域，剩下的直接清空。
2. 老年代 GC（Major GC / Full GC）
- 不常发生，但耗时长。
- 用 标记-清除 或 标记-整理：先标记活对象，再清理或压缩。
- Copying（半空间）
- 左侧
From-space：包含“存活对象（绿色）”与“死亡对象（灰色）”。 - 右侧
To-space：箭头表示把存活对象复制过去，随后 From-space 整体清空。 - 适用于年轻代的 Minor GC（复制算法快、碎片少）。
- Mark-Sweep（标记-清除）
- 在一个堆框内先对可达对象做“打勾（Mark）”，
- 再进行 Sweep，把未标记的死亡对象空间回收。
- 简单直接，但可能遗留内存碎片。
- Mark-Compact（标记-整理/压缩）
- 先 Mark 出存活对象；
- 再 Compact，把存活对象移动到一侧，消除碎片，得到连续空间。
- 适用于老年代，减少碎片对大对象分配的影响。
五、G1 与 ZGC：两种现代“保洁员”
随着内存越来越大、应用越来越复杂，传统 GC（比如 CMS）开始吃力，于是出现了新一代 GC：
G1（Garbage First）
- 把堆切成很多小块（Region），按垃圾多少优先清理。
- 优点：可预测停顿时间，适合大内存应用。
- 缺点：算法复杂，调优难。
ZGC（Z Garbage Collector）
- 目标：超低停顿时间（<10ms），即使内存非常大（TB 级）。
- 用 并发标记和重定位，几乎不影响应用运行。
- 缺点：对硬件要求高，调试复杂。
六、面试常问：为什么要分代？为什么选择 G1 或 ZGC？
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为什么分代？
因为对象生命周期不同，分代可以提高 GC 效率。 -
什么时候用 G1？
大内存应用，需要可预测停顿。 -
什么时候用 ZGC？
超大内存、对延迟极度敏感的场景。
七、总结：一句话记住核心逻辑
GC 的本质是清理垃圾，分代是假设对象生命周期不同，G1/ZGC 是为了在大内存场景下减少停顿。
