虚拟机概述与执行流程
定义：运行 Java 字节码的抽象计算机，屏蔽底层 OS 差异，实现“一次编译，到处运行”。
执行流程：
加载：ClassLoader 加载 .class 文件至元空间。
验证：字节码安全性检查（格式、语义、操作数栈）。
执行：解释器执行 + JIT（C2/Graal）编译热点代码为本地机器码。
卸载：类不再引用时卸载元数据。
核心作用：内存自动管理（GC）、即时编译优化（JIT）、安全沙箱、跨平台。
JDK 21+ 演进：引入虚拟线程（Project Loom），大幅降低线程上下文切换开销，重塑高并发模型。
内存结构：逻辑分代与物理分区
堆（Heap）：对象实例存储区，GC 核心区域。
逻辑分代（Logical Generation）：
定义：根据对象存活时间划分的概念模型（新生代 Young、老年代 Old）。
实现：现代收集器（G1/ZGC/Shenandoah）中，分代是逻辑标签，而非物理隔离。
物理分区（Physical Partition）：
定义：堆内存实际切分的管理单元。
规则：一个分区在同一时刻，只能属于新生代 或 老年代 中的一种（互斥性）。
动态性：分区角色可随 GC 动态变更（如 Region 从 Young 变为 Old）。
实现差异：
G1：物理单元为 Region（固定大小 1MB~32MB）。
ZGC：物理单元为 ZPage（动态大小，底层页组合）。
Shenandoah：物理单元为 Region（固定大小，类似 G1）。
元空间（Metaspace）：JDK 8+ 取代永久代，使用本地内存存储类元数据、常量池。
栈（Stack）：线程私有，存储栈帧（局部变量、操作数栈、动态链接）。
直接内存（Direct Memory）：NIO 使用，不受堆大小限制，受本机内存限制。
程序计数器：记录当前线程执行的字节码行号。
垃圾回收算法 vs 垃圾收集器
关系：算法是理论，收集器是实现。
算法：解决“如何识别垃圾”和“如何清理内存”的逻辑（如标记、复制）。
收集器：工程组件，组合多种算法以满足吞吐量、延迟、内存约束。
算法与收集器对应：
复制算法：G1 新生代、ZGC 新生代（重定位）。
标记 - 整理：G1 老年代、ZGC 全堆（并发整理）、Shenandoah 全堆。
标记 - 清除：现代收集器已基本弃用（会产生碎片），仅特定内部阶段使用（如 CMS 老年代，已移除）。
现代主流垃圾收集器特性 G1 GC ZGC Shenandoah默认版本 JDK 9+ 默认 JDK 21+ 默认（分代） OpenJDK 发行版默认（分代 JDK 24+）分代模式 原生逻辑分代 JDK 21+ 分代默认(JDK 11-17 为单代) JDK 24+ 分代目标(JDK 12-23 主要为单代)核心算法 分区复制 + 标记整理 并发标记 + 并发整理（染色指针） 并发标记 + 并发整理（Brooks 指针）停顿时间 毫秒级（可预测） 亚毫秒级（<1ms） 亚毫秒级（<10ms）堆大小建议 < 50GB TB 级 TB 级适用场景 通用服务端，吞吐量敏感 低延迟，超大内存 低延迟，OpenJDK 生态JDK 21+ 演进 优化并行度，减少停顿 分代成为默认，吞吐量提升 4 倍 优化并发标记，适配 ARM/分代演进
CMS：已在 JDK 14 移除，不再可用。
Parallel GC：仍保留，仅推荐批处理场景（吞吐量优先，不在乎停顿）。
分代趋势：JDK 21 后，低延迟收集器全面转向“逻辑分代”以提升吞吐量。
垃圾回收核心机制
对象存活判断：
主流算法：可达性分析（Java 采用）。从 GC Roots（栈帧、静态变量、常量）搜索，不可达即垃圾。
非主流算法：引用计数（Java 堆未采用）。无法解决循环引用，仅用于 NIO 等内部模块。
标记实现技术：
双色标记：早期 Serial GC（黑/白），不支持并发。
三色标记：并发 GC 专用（白/灰/黑）。解决并发漏标，需配合屏障（写屏障/读屏障）。
指针技术：
压缩指针：所有收集器通用。64 位压缩为 32 位，节省内存（堆<32GB 自动启用）。
染色指针：ZGC 专用。指针高位存储标记状态，支持并发整理（无需对象头存标记）。
分代回收策略：
新生代（Eden + Survivor）：复制算法。对象朝生夕死，复制存活对象成本低，无碎片。
老年代：标记 - 整理。对象存活率高，整理消除碎片，避免频繁复制。
大对象：
G1：直接进入 Humongous Region。
ZGC：由大 ZPage 承载（无 Humongous 概念，更灵活）。
ZGC 特殊性：
停顿与堆大小无关：停顿时间仅取决于 GC Roots 数量，而非堆中对象总数。
并发整理：通过读屏障（Load Barriers）和染色指针，在应用运行时移动对象。
物理 vs 逻辑分代本质：
传统（物理）：内存地址固定隔离（如 Parallel GC），新生代满无法借用老年代空间。
现代（逻辑）：内存单元标签化管理（如 G1/ZGC），空闲单元可动态借给新生代，空间利用率更高。
逃逸分析与 JIT 优化
逃逸分析：JIT 分析对象是否逃出方法/线程。
优化手段：
栈上分配：未逃逸对象直接在栈帧
配，随方法结束销毁，无 GC 压力。
标量替换：对象拆解为基本变量存储在栈帧，不创建对象头。
同步消除：线程私有对象无需锁，移除 synchronized。
JDK 21+：配合虚拟线程（Virtual Threads），进一步优化栈内存布局，减少载体线程压力，提升高并发下的内存效率。
