为什么Java手动调用GC后空闲内存会大幅减少？

你观察到的现象本质是对Runtime.freeMemory()接口的含义误解，加上JDK 16默认垃圾回收器的特性共同导致的，具体原因如下：

1. 先明确Runtime内存相关API的定义

• Runtime.totalMemory()：JVM当前已经从操作系统申请到的堆内存总大小，这个值是动态变化的，会在-Xms（初始堆大小）和-Xmx（最大堆大小）之间浮动
• Runtime.freeMemory()：指上述totalMemory中，尚未被Java对象占用的空闲部分，不是操作系统层面的剩余可用内存
• Runtime.maxMemory()：JVM堆内存允许申请的最大上限，对应启动参数-Xmx的配置值

2. 现象的核心原因
   JDK 9及之后版本默认使用G1垃圾回收器，且默认开启了自动归还闲置堆内存给操作系统的特性：手动调用gc()触发Full GC后，堆中大量无引用的垃圾对象被清理，堆的空闲占比超过阈值，G1会自动收缩堆的总大小，把多余的内存归还给操作系统。
   你测试时GC前JVM已经向OS申请了较大的堆（对应totalMemory很高），所以freeMemory显示为251Mb；GC后JVM把大部分闲置堆内存还给了OS，totalMemory大幅降低，此时计算得到的freeMemory自然就变小了，这不是GC占用了空闲内存，反而是GC清理垃圾后释放了系统资源的表现。
3. 验证方案
   你可以修改测试代码，把堆总大小也打印出来，就能直观看到变化：

public static void main(String[] args) {
    Runtime runtime = Runtime.getRuntime();
    System.out.println("Total memory before gc: " + runtime.totalMemory() / (1024 * 1024) + " Mb");
    System.out.println("Free memory before gc: " + runtime.freeMemory() / (1024 * 1024) + " Mb");
    runtime.gc();
    System.out.println("Total memory after gc: " + runtime.totalMemory() / (1024 * 1024) + " Mb");
    System.out.println("Free memory after gc: " + runtime.freeMemory() / (1024 * 1024) + " Mb");
}

运行后你会发现GC后的totalMemory远低于GC前的数值，通过totalMemory - freeMemory计算实际被对象占用的内存，GC后的占用值一定会比GC前更低，符合垃圾回收的本质逻辑。
如果你不需要JVM自动归还内存给操作系统，可以添加启动参数-XX:MaxHeapFreeRatio=100，此时GC后堆不会收缩，你就能看到freeMemory在GC后上升的预期结果。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者zzfima