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。