GC 频率和触发条件

在 Java 中，垃圾回收（GC）的 频率 和 触发条件 取决于 GC算法、堆内存分配、对象生命周期 以及 JVM参数 的配置。下面详细介绍这些影响因素：

1. GC 触发条件

GC 主要触发的情况如下：

(1) 年轻代 GC（Minor GC / Young GC）

触发条件 ：

• Eden 区满了 ：当新对象分配到 Eden 区，如果 Eden 区没有足够的空间分配新对象，就会触发 Minor GC。
• Survivor 空间不足 ：当存活对象从 Eden 复制到 Survivor，但 Survivor 空间不够时，也可能导致 Minor GC。

特点 ：

• 仅回收 年轻代（Young Generation） ，不会影响老年代（Old Generation）。
• 采用 复制算法 （如 Serial、Parallel、G1 的 YGC）。
• 停顿时间短 ，但回收频率较高。
• Minor GC 之后，存活对象可能晋升到老年代 。

(2) 老年代 GC（Major GC / Old GC）

触发条件 ：

• 老年代空间不足 ：当对象从 Survivor 晋升到老年代，或者大对象直接进入老年代，导致老年代空间不够时，会触发 Major GC。
• CMS GC 的 concurrent mode failure ：CMS GC 在并发回收过程中如果老年代空间不足，会触发 STW 的 Full GC。
• G1 GC 触发 Mixed GC ：G1 在一定条件下会触发回收老年代的 Mixed GC。

特点 ：

• 主要清理 老年代（Old Generation） ，回收存活时间较长的对象。
• 相比 Minor GC，Major GC 的停顿时间更长 ，但一般回收频率较低。
• 某些 GC（如 CMS）不会 STW，而是并发执行（Concurrent Mark-Sweep）。

(3) Full GC

触发条件 ：

• 显式调用 System.gc() （不推荐，因为 JVM 可能会忽略）。
• 老年代空间不足 ：当老年代没有足够空间存放新对象时，Major GC 可能变成 Full GC。
• Metaspace/元空间溢出 （如类加载过多，导致 java.lang.OutOfMemoryError: Metaspace ）。
• CMS GC 失败 ：如果 CMS GC 过程中发生 concurrent mode failure ，会触发 Full GC。
• G1 GC 触发 Full GC ：当 G1 发现回收无法跟上对象分配速度时，会进行 STW 的 Full GC。

特点 ：

• 回收整个堆（包括年轻代 + 老年代 + 元空间） 。
• 停顿时间长 ，影响系统吞吐量和响应时间。
• 一般不希望频繁发生 Full GC ，需要调优。

2. GC 频率的影响因素

GC 的触发频率取决于以下几个因素：

(1) 对象分配速率

• 短生命周期对象多（临时变量、业务请求数据） → Minor GC 频繁 。
• 大量大对象（如 byte[] ） → 可能直接进入老年代， 加速 Major/Full GC 。

(2) GC 算法

不同 GC 算法对 GC 频率的影响不同：

• Serial GC （单线程、适用于小内存） → GC 频率高，暂停时间长。
• Parallel GC （多线程 GC，吞吐量优先） → GC 频率较低，适用于高吞吐场景。
• G1 GC （区域化分代、回收预测） → 控制 GC 停顿时间，适用于大内存。
• ZGC、Shenandoah GC （低延迟 GC） → 减少 GC 影响，适用于大内存应用。

(3) JVM 参数

JVM 相关参数直接影响 GC 频率：

• -Xms / -Xmx （堆内存大小）：
  • 较小的堆内存 → GC 触发更频繁。
  • 较大的堆内存 → GC 触发较少，但可能增加 Full GC 停顿时间。
• -XX:NewRatio （年轻代与老年代的比例）：
  • 较大年轻代 → Minor GC 频率降低，但可能加速老年代填满导致 Major GC 。
  • 较小年轻代 → Minor GC 频率上升，但老年代增长较慢。
• -XX:SurvivorRatio （Eden 和 Survivor 的比例）：
  • Survivor 较小 → 对象更容易晋升老年代，加快 Major GC 触发。
  • Survivor 较大 → Minor GC 次数可能减少，但 Survivor 可能浪费空间。
• -XX:MaxTenuringThreshold （晋升老年代的阈值）：
  • 较低阈值 → 对象更快晋升老年代，可能增加 Major GC 频率。
  • 较高阈值 → 对象更长时间停留在 Survivor，可能增加 Minor GC 频率。

(4) GC 负担

• 对象回收速率低 → GC 触发频率更高。
• 对象生命周期较长（长生命周期的缓存对象等） → 老年代更容易被填满，增加 Major/Full GC 频率。

3. 如何优化 GC 频率

(1) 调整堆内存大小

• 增大 -Xmx （最大堆内存），减少 GC 触发频率。
• 增大 -Xms （初始堆内存），减少动态扩展导致的 Full GC。

(2) 调整 GC 参数

• 增加年轻代大小 （ -XX:NewRatio=1 ）：减少 Minor GC 触发频率，但可能影响老年代回收。
• 调整 Survivor 空间 （ -XX:SurvivorRatio=6 ）：减少对象晋升到老年代，降低 Major GC 频率。
• 调高 -XX:MaxTenuringThreshold （如 10），避免短生命周期对象过早进入老年代。

(3) 选择合适的 GC 算法

• 吞吐量优先 （如并发任务多、批量计算） → Parallel GC （ -XX:+UseParallelGC ）。
• 低延迟场景 （如微服务、高并发请求） → G1 GC （ -XX:+UseG1GC ）。
• 极低延迟需求（如金融系统） → ZGC/Shenandoah GC （ -XX:+UseZGC 或 -XX:+UseShenandoahGC ）。

(4) 监控 GC

• 开启 GC 日志 （ -Xlog:gc* 或 -XX:+PrintGCDetails ）观察 GC 频率。

• 使用 jstat 分析 GC ：

  jstat -gcutil <pid> 1000

• 使用 VisualVM、Arthas 监控 GC 状态 。

4. 总结

优化 GC 频率的核心 是合理分配堆内存、调整 GC 策略，并监控 GC 运行情况。