JVM垃圾回收器详细介绍
Java虚拟机（JVM）的垃圾回收器（Garbage Collector, GC）负责自动管理堆内存，回收不再使用的对象以释放资源。不同的垃圾回收器在算法、性能和应用场景上各有特点。以下是主流垃圾回收器的详细介绍：
一、JVM分代与GC基础
JVM堆内存分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）：
- 新生代：存放新创建的对象，分为Eden区和两个Survivor区（S0/S1）。采用复制算法（存活对象复制到另一块内存）。
- 老年代：存放长期存活的对象。采用标记-清除或标记-整理算法。
GC类型：
- Minor GC：清理新生代。
- Major GC/Full GC：清理整个堆（包括老年代和新生代），通常停顿时间长。
二、常见垃圾回收器
1. Serial 收集器
- 特点：单线程、Stop-The-World（STW），简单高效。
- 适用场景：客户端应用（如桌面程序），内存小（百MB以内）。
- 算法：新生代（复制算法），老年代（标记-整理）。
- 参数：
-XX:+UseSerialGC
2. Parallel Scavenge（吞吐量优先）
- 特点：多线程并行收集，关注高吞吐量（单位时间处理任务量）。
- 适用场景：后台计算型应用（如批处理）。
- 算法：新生代（复制算法），老年代（标记-整理）。
- 参数：
-XX:+UseParallelGC（JDK8默认）
3. ParNew 收集器
- 特点：Parallel Scavenge的多线程改进版，与CMS配合使用。
- 适用场景：需低停顿的服务器应用。
- 参数：
-XX:+UseParNewGC
4. CMS（Concurrent Mark Sweep）
- 目标：最小化停顿时间，采用并发标记清除。
- 步骤：
- 初始标记（STW）
- 并发标记
- 重新标记（STW）
- 并发清除
- 缺点：内存碎片、并发阶段占用CPU资源。
- 参数：
-XX:+UseConcMarkSweepGC
5. G1（Garbage-First）
- 目标：平衡吞吐量和延迟，JDK9+默认GC。
- 特点：
- 将堆划分为多个Region，优先回收垃圾最多的区域。
- 预测停顿时间（软实时性）。
- 同时处理新生代和老年代。
- 步骤：类似CMS，但通过SATB（Snapshot-At-The-Beginning）算法处理并发标记。
- 参数：
-XX:+UseG1GC
6. ZGC（Z Garbage Collector）
- 目标：超低停顿（<10ms），支持TB级堆内存。
- 特点：
- 并发标记、整理（无STW）。
- 使用颜色指针和读屏障实现内存映射。
- 适用场景：大内存、低延迟应用（如云原生）。
- 参数：
-XX:+UseZGC（JDK15+正式支持）
7. Shenandoah
- 目标：与ZGC类似，低停顿且高效。
- 特点：
- 并发复制对象，减少STW时间。
- 通过Brooks指针和读/写屏障实现。
- 参数：
-XX:+UseShenandoahGC
三、对比与选择
| 回收器 | 并行/并发 | 分代 | 停顿时间 | 吞吐量 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|---|
| Serial | 单线程 | 是 | 高 | 中 | 客户端应用 |
| Parallel | 并行 | 是 | 中 | 高 | 后台计算 |
| CMS | 并发 | 是 | 低 | 中 | Web服务 |
| G1 | 并发/并行 | 是 | 可控 | 高 | 通用服务端（JDK9+默认） |
| ZGC | 并发 | 否 | 极低 | 中高 | 大内存、低延迟 |
| Shenandoah | 并发 | 否 | 极低 | 中高 | 类似ZGC，JDK12+正式支持 |
四、选择建议
- 吞吐量优先：Parallel Scavenge。
- 低延迟响应：CMS（小堆）、G1（中等堆）。
- 超大堆/极致低延迟：ZGC或Shenandoah。
- 默认选择：JDK8用Parallel，JDK9+用G1，最新版可尝试ZGC。
五、参数调优示例
- 启用G1：
-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 - 启用ZGC：
-XX:+UseZGC -Xmx16g
通过理解不同GC的特性及适用场景，开发者可以根据应用需求（吞吐量、延迟、内存大小）选择最合适的垃圾回收器。