Java内存管理揭秘：从垃圾回收机制到内存泄漏排查，掌握内存管理的奥秘

# 1. Java内存管理基础**

Java内存管理是Java虚拟机（JVM）的一项核心功能，负责管理Java应用程序的内存分配和回收。它通过自动垃圾回收机制，释放不再使用的对象，防止内存泄漏和程序崩溃。

Java内存管理建立在以下基本概念之上：

- **堆（Heap）**：存储所有Java对象，由垃圾回收器管理。
- **栈（Stack）**：存储局部变量、方法调用和返回地址。
- **方法区（Method Area）**：存储类信息、常量和静态变量。

# 2. Java垃圾回收机制

Java垃圾回收机制是一种自动管理内存的机制，它负责回收不再被程序引用的对象，释放其占用的内存空间，从而防止内存泄漏和程序崩溃。

### 2.1 垃圾回收算法

垃圾回收算法决定了垃圾回收器如何识别和回收不再被引用的对象。常用的垃圾回收算法有：

#### 2.1.1 标记-清除算法

标记-清除算法是一个简单且高效的垃圾回收算法。它通过以下步骤工作：

1. **标记阶段：**算法从根对象（即程序中仍然被引用的对象）开始，递归地标记所有可达对象。
2. **清除阶段：**算法遍历内存，回收所有未被标记的对象，释放其占用的内存空间。

**代码块：**

// 标记阶段
private void mark(Object obj) {
    if (obj == null) {
        return;
    }
    if (obj.isMarked()) {
        return;
    }
    obj.setMarked(true);
    for (Object ref : obj.getReferences()) {
        mark(ref);
    }
}

// 清除阶段
private void sweep() {
    for (Object obj : getAllObjects()) {
        if (!obj.isMarked()) {
            free(obj);
        }
    }
}

**逻辑分析：**

* `mark()` 方法从根对象开始递归地标记所有可达对象。
* `sweep()` 方法遍历内存，释放所有未被标记的对象。

#### 2.1.2 标记-整理算法

标记-整理算法与标记-清除算法类似，但它在清除阶段会将存活的对象整理到内存的一端，从而减少内存碎片。

**代码块：**

// 标记阶段
private void mark(Object obj) {
    if (obj == null) {
        return;
    }
    if (obj.isMarked()) {
        return;
    }
    obj.setMarked(true);
    for (Object ref : obj.getReferences()) {
        mark(ref);
    }
}

// 整理阶段
private void compact() {
    Object[] liveObjects = new Object[getAllObjects().length];
    int liveIndex = 0;
    for (Object obj : getAllObjects()) {
        if (obj.isMarked()) {
            liveObjects[liveIndex++] = obj;
        }
    }
    for (int i = 0; i < liveIndex; i++) {
        getAllObjects()[i] = liveObjects[i];
    }
}

**逻辑分析：**

* `mark()` 方法与标记-清除算法中的相同。
* `compact()` 方法将存活的对象整理到内存的一端。

#### 2.1.3 分代垃圾回收

分代垃圾回收是一种优化算法，它将对象划分为不同的代，根据对象的存活时间进行回收。

**代码块：**

// 分代垃圾回收
private void generationalGC() {
    // 将对象划分为年轻代和老年代
    List<Object> youngObjects = new ArrayList<>();
    List<Object> oldObjects = new ArrayList<>();
    for (Object obj : getAllObjects()) {
        if (obj.getAge() < YOUNG_GENERATION_THRESHOLD) {
            youngObjects.add(obj);
        } else