Java 堆内存是垃圾回收的核心区域，JVM 把堆划分为新生代（Young）、老年代（Old/Tenured），外加堆外的元空间（Metaspace），不同区域存放不同生命周期对象，使用不同回收算法，提升 GC 效率。

一、整体内存划分（堆）

二、新生代 Young Generation

1. 作用

存放刚创建、生命周期短的对象（局部变量、临时集合、临时字符串等）。

绝大多数对象很快就会死亡，所以新生代回收频率最高、速度最快。

2. 分区比例（默认 Eden:S0:S1 = 8:1:1）

1. Eden 伊甸区所有新对象优先分配在这里。Eden 占新生代 80% 空间。Eden 满了触发 Minor GC（新生代垃圾回收）。
2. 两个 Survivor 幸存区（S0 / S1）同一时间只有一块是活跃区，另一块是空的复制区。Minor GC 流程：
   1. 标记 Eden + 活跃 Survivor 存活对象；
   2. 把存活对象全部复制到空的 Survivor；
   3. 清空 Eden 和原来的 Survivor；
   4. 交换两块 Survivor 的角色。

3. 对象晋升到老年代规则

对象每熬过一次 Minor GC，年龄 age +1；

• 默认年龄达到 15，直接晋升到老年代；
• 若 Survivor 中同年龄对象总和 ≥ Survivor 一半空间，等于该年龄及以上对象全部提前晋升；
• 大对象（超长数组、大字符串）直接跳过新生代，分配到老年代，避免 Eden 复制开销。

4. Minor GC 特点

• 只回收新生代；
• 使用复制算法，无内存碎片；
• 会 Stop-The-World（STW，暂停所有用户线程），但停顿很短。
• 绝大多数Eden里的对象都是垃圾,一次Minor GC后里绝大部分直接丢弃,根本不会复制

三、老年代 Old / Tenured Generation

1. 存放对象

1. 新生代熬过多次 GC、年龄达标晋升的长期存活对象；
2. 程序全局长生命周期对象（静态变量、缓存、数据库连接池）；
3. 直接分配的超大对象。

2. 回收机制

老年代空间不足时触发 Major GC / Full GC

• Major GC：仅老年代回收；
• Full GC：整堆（新生代 + 老年代）全部回收，STW 时间极长，生产环境要尽量避免。

3. 使用算法

老年代对象存活率高，不适合复制算法，主流两种：

1. 标记 - 清除：标记死亡对象，直接清空，会产生内存碎片；流程两步
   1. 标记阶段从 GC Roots 遍历，把所有有引用、存活的对象打上标记。
   2. 清除阶段遍历整个堆，把没有标记的垃圾对象直接回收，释放对应内存。示意图逻辑[存活][垃圾][存活][垃圾][垃圾][存活]
      标记完成后，直接删掉垃圾：
      [存活]   [存活]       [存活]
   ✅ 优点：不需要复制对象，不额外占用内存空间，实现简单。❌ 致命缺点：
   1. 产生大量内存碎片回收后空闲内存是分散的小块，当需要分配大对象时，哪怕总空闲内存足够，但没有连续空间，会直接触发 Full GC。
   2. 两次遍历堆，效率一般。
2. 标记 - 整理：标记存活对象，全部向一侧压缩，消除碎片（CMS、G1、ZGC 常用）。流程三步
   1. 标记阶段：和标记清除完全一样，标记所有存活对象。
   2. 整理（压缩）阶段将所有存活对象向内存一端统一移动、紧密排列。
   3. 清理边界外全部垃圾，只留一块连续大空闲内存。示意图逻辑[存活][垃圾][存活][垃圾][垃圾][存活]
      标记后全部向左压缩：
      [存活][存活][存活]               大片连续空闲
   ✅ 优点：
   1. 无内存碎片，空闲内存是一整块连续空间，分配大对象无压力；
   2. 内存分配速度快（直接指针碰撞）。
   ❌ 缺点：需要移动所有存活对象，修改对象引用地址，STW 停顿时间更长，开销比标记清除大。

4. 拓展:指针碰撞与空闲列表

指针碰撞(Bump-The-Pointer):适用于无碎片的连续存储空间,如新生代的eden和标记-整理后的老年代

原理

堆里维护一个分配指针（allocation pointer），指向当前空闲区域的起始位置。

1. 新建对象需要内存时，直接拿指针当前地址分配；
2. 指针向后滑动对象所占内存大小；
3. 下一个新对象直接分配在指针新位置。

空闲列表(Free-List):适用于内存存在大量碎片（标记 - 清除后的堆），空闲内存是零散小块

原理

1. JVM 维护一张列表，记录每一块空闲内存的地址、大小；

2. 创建对象时遍历列表，找一块能放下的空闲块(类似操作系统内 存分配),并将该内存块从free list中移除

3. 需要链表查找、拆分空闲块，性能远低于指针碰撞。

四、元空间 Metaspace（非堆，不参与堆 GC）

以前 JDK7 及以下叫永久代 PermGen，JDK8 彻底移除，换成元空间。

1. 不在堆内，使用本地直接内存；
2. 存放：类字节码、常量池、方法信息、注解；
3. 不会像永久代一样 OOM(java.lang.OutOfMemoryError,内存溢出)，默认自动扩容；
4. 仅在类卸载时回收，和新生代 / 老年代无关。

五、补充关键名词

1. Minor GC：新生代回收
2. Major GC：老年代回收
3. Full GC：新生代 + 老年代 + 元空间全部回收，代价最大
4. STW（Stop The World）：GC 时暂停业务线程，用户程序卡死
5. 对象年龄 Age：记录对象经历过多少次 Minor GC
6. 晋升 Promotion：对象从新生代移动到老年代

六、完整对象生命周期示例

1. new 对象 → 分配 Eden；
2. Eden 满，触发 Minor GC，存活对象复制到 S0；age=1；
3. 再次 Eden 满，Minor GC，存活对象复制到 S1；age=2；
4. 重复 15 次 GC，age=15 → 晋升到老年代；
5. 老年代空间不足 → Major GC或Full GC，清理长期存活对象。

七、为什么要分代？

降低 STW 耗时：大部分 GC 只是 Minor GC，停顿很短，Full GC 极少触发。

分治回收：短生命周期对象集中在新生代，快速清理；长生命周期对象少，老年代低频回收；

算法适配：新生代存活率低用复制算法，效率高；老年代存活率高用标记整理，节省内存；