JVM 垃圾回收器分类及其特点详解

JVM 的垃圾回收（Garbage Collection, GC）主要分为 分代回收模型 下的不同垃圾回收器（Garbage Collectors），每种回收器针对不同场景设计。以下是常见的垃圾回收器分类及其特点：

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1. 按工作模式分类

垃圾回收器	特点	适用场景
Serial 收集器	单线程执行 GC，全程 Stop-The-World（STW）	客户端应用、资源受限环境（如嵌入式）
Parallel（吞吐量优先）收集器	多线程并行执行 GC，追求高吞吐量（-XX:+UseParallelGC）	后台计算、批处理任务
CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器	并发标记清除，减少 STW 时间（-XX:+UseConcMarkSweepGC）	对延迟敏感的老年代回收（JDK 9 前）
G1（Garbage-First）收集器	分区化堆内存，可预测停顿时间（-XX:+UseG1GC，JDK 9+ 默认）	大内存、低延迟要求的应用
ZGC（Z Garbage Collector）	基于染色指针和读屏障，STW 极短（-XX:+UseZGC，JDK 15+ 生产可用）	超大堆（TB 级）、超低延迟
Shenandoah 收集器	类似 ZGC，通过 Brooks 指针实现并发压缩（-XX:+UseShenandoahGC）	低延迟、高吞吐量混合场景

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2. 按分代模型分类

JVM 堆内存通常分为 新生代（Young Generation） 和 老年代（Old Generation），不同区域使用不同回收策略：

新生代回收器

• Serial：单线程复制算法（Minor GC）。
• ParNew：多线程版 Serial，配合 CMS 使用。
• Parallel Scavenge：多线程复制算法，追求吞吐量。

老年代回收器

• Serial Old：单线程标记-整理算法（Major GC）。
• Parallel Old：多线程标记-整理算法，配合 Parallel Scavenge。
• CMS：并发标记-清除算法（减少 STW，但可能产生内存碎片）。
• G1/ZGC/Shenandoah：不分代或逻辑分代，统一处理全堆。

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3. 核心算法

不同回收器基于以下算法实现：

1. 标记-清除（Mark-Sweep）
   • 标记存活对象，清除未标记对象（CMS 使用）。
   • 缺点：内存碎片化。
2. 标记-整理（Mark-Compact）
   • 标记存活对象后，整理到内存一端（Serial Old、Parallel Old 使用）。
   • 优点：避免碎片。
3. 复制算法（Copying）
   • 将存活对象复制到新区域（新生代 Survivor 区使用）。
   • 优点：无碎片，但内存利用率低。

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4. 如何选择垃圾回收器？

场景需求	推荐回收器
小型应用、低资源消耗	Serial / Serial Old
高吞吐量（如后台计算）	Parallel Scavenge + Parallel Old
低延迟（如 Web 服务）	G1 / CMS（JDK 8）
超大堆内存、极致低延迟	ZGC / Shenandoah

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5. 参数示例

# 使用 G1 回收器（JDK 8+）
-XX:+UseG1GC

# 使用 ZGC（JDK 11+）
-XX:+UseZGC

# 设置最大堆内存和停顿时间目标（G1）
-Xmx4g -XX:MaxGCPauseMillis=200

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总结

• Serial/Parallel/CMS：适用于传统分代模型。
• G1：平衡吞吐量和延迟，JDK 9+ 默认。
• ZGC/Shenandoah：面向未来，适用于超大堆和亚毫秒级停顿。

选择合适的垃圾回收器需结合 应用性能需求（吞吐量、延迟）、堆内存大小 和 JDK 版本 综合评估。