深入理解JVM垃圾收集器：垃圾收集器
目录
前言
1. 如何判断对象"已死"？
1.1 引用计数算法（Java未采用）
1.2 可达性分析算法（Java采用）
1.3 Java中的四种引用类型
2. 垃圾收集算法
2.1 标记-清除算法（Mark-Sweep）
2.2 标记-复制算法（Copying）
2.3 标记-整理算法（Mark-Compact）
2.4 分代收集算法（Generational Collection）
3. 经典垃圾收集器
3.1 Serial收集器
3.2 ParNew收集器
3.3 Parallel Scavenge收集器
3.4 Serial Old收集器
3.5 Parallel Old收集器
3.6 CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）
3.7 G1收集器（Garbage-First）
4. 新一代垃圾收集器
4.1 ZGC（Z Garbage Collector）
4.2 Shenandoah
5. 如何选择垃圾收集器？
6. 实战调优建议
6.1 通用参数配置
6.2 G1调优示例
前言
作为Java开发者，我们几乎每天都在与JVM打交道，但你是否真正了解JVM是如何自动管理内存、回收垃圾对象的？本文将带你深入探讨JVM垃圾收集器的核心知识，帮助你编写出更高效、更稳定的Java应用。
1. 如何判断对象"已死"？
在了解垃圾收集器之前，我们首先要明白JVM如何判断哪些对象可以被回收。
1.1 引用计数算法（Java未采用）
早期的一种简单策略：每个对象有一个引用计数器，被引用时+1，引用失效时-1。虽然简单高效，但无法解决循环引用问题，因此Java并未采用。
1.2 可达性分析算法（Java采用）
这是JVM使用的算法：通过一系列称为"GC Roots"的对象作为起点，向下搜索，搜索走过的路径称为"引用链"。当一个对象到GC Roots没有任何引用链相连时，则证明此对象不可用。
GC Roots包括：
- 虚拟机栈中引用的对象
- 方法区中类静态属性引用的对象
- 方法区中常量引用的对象
- 本地方法栈中JNI引用的对象
1.3 Java中的四种引用类型
Java根据引用强度不同，提供了灵活的引用方式：
| 引用类型 | 回收时机 | 使用场景 |
| 强引用 | 永不回收（除非显式置null） | 普通对象创建 |
| 软引用 | 内存不足时回收 | 实现内存敏感缓存 |
| 弱引用 | 下次GC时回收 | 避免内存泄漏（如WeakHashMap） |
| 虚引用 | 无法通过get()获取对象，仅用于跟踪对象回收 | 管理堆外内存 |
2. 垃圾收集算法
垃圾收集器是基于特定算法实现的，主要有以下三种基础算法：
2.1 标记-清除算法（Mark-Sweep）
最基础的算法，分为"标记"和"清除"两个阶段：
- 优点：实现简单
- 缺点：产生内存碎片，效率不高
2.2 标记-复制算法（Copying）
将内存分为两块，每次只使用一块：
- 优点：没有碎片，高效
- 缺点：内存利用率仅50%
- 应用：主要用于新生代（HotSpot采用8:1:1的比例优化）
2.3 标记-整理算法（Mark-Compact）
标记过程与"标记-清除"一样，但后续步骤不是直接清理，而是让所有存活对象向一端移动：
- 优点：没有碎片，内存利用率高
- 缺点：移动对象成本高
- 应用：主要用于老年代
2.4 分代收集算法（Generational Collection）
现代商用虚拟机大都采用此算法，根据对象存活周期不同将内存划分为几块：
- 新生代：对象朝生夕死，采用复制算法
- 老年代：对象存活率高，采用标记-清除或标记-整理算法
3. 经典垃圾收集器
JVM提供了多种垃圾收集器，适用于不同场景：
3.1 Serial收集器
特点：单线程，Stop-The-World（STW）
适用场景：客户端模式，小内存应用
配置参数：-XX:+UseSerialGC
3.2 ParNew收集器
特点：Serial的多线程版本
适用场景：与CMS配合使用
配置参数：-XX:+UseParNewGC
3.3 Parallel Scavenge收集器
特点：吞吐量优先，多线程
适用场景：后台运算，不需要太多交互
配置参数：-XX:+UseParallelGC
3.4 Serial Old收集器
特点：Serial的老年代版本，单线程，标记-整理算法
配置参数：-XX:+UseSerialGC
3.5 Parallel Old收集器
特点：Parallel Scavenge的老年代版本，多线程，标记-整理算法
配置参数：-XX:+UseParallelOldGC
3.6 CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）
特点：以获取最短回收停顿时间为目标，并发收集
工作流程：
- 初始标记（STW）
- 并发标记
- 重新标记（STW）
- 并发清除
优点：低停顿
缺点：对CPU资源敏感，无法处理浮动垃圾，产生碎片
配置参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC
3.7 G1收集器（Garbage-First）
特点：面向服务端应用，兼顾吞吐量和停顿时间
创新点：将堆划分为多个Region，优先回收价值最大的Region
工作流程：
- 初始标记（STW）
- 并发标记
- 最终标记（STW）
- 筛选回收（STW）
配置参数：-XX:+UseG1GC
4. 新一代垃圾收集器
4.1 ZGC（Z Garbage Collector）
特点：低延迟，支持TB级堆内存，停顿时间不超过10ms
适用场景：超大堆内存应用
配置参数：-XX:+UseZGC（JDK15+）
5. 如何选择垃圾收集器？
选择收集器需要考虑应用特点：
| 场景 | 推荐收集器 | 参数配置 |
| 单核CPU或小内存客户端 | Serial |
|
| 多核CPU追求高吞吐 | Parallel Scavenge/Old |
|
| 多核CPU追求低延迟（JDK8） | CMS |
|
| 大堆内存，平衡吞吐和延迟 | G1 |
|
| 超大堆内存，极致低延迟 | ZGC |
|
6. 实战调优建议
6.1 通用参数配置
# 设置堆大小
-Xms4g -Xmx4g# 设置年轻代大小
-Xmn2g# 设置线程栈大小
-Xss256k# 开启GC日志
-Xloggc:gc.log -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps6.2 G1调优示例
java -Xms4g -Xmx4g -XX:+UseG1GC \
-XX:MaxGCPauseMillis=200 \ # 目标最大停顿时间
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 \ # 触发并发标记的堆使用率
-XX:ConcGCThreads=4 \ # 并发GC线程数
-XX:G1ReservePercent=10 \ # 保留内存比例
-jar your-application.jar