基于 JDK 1.8 的GC分析：垃圾回收器andGC算法

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基于 JDK 1.8 的垃圾回收机制详解

垃圾回收（Garbage Collection，简称 GC）是 Java 虚拟机（JVM）的核心功能，用于自动管理内存。JDK 1.8 的 GC 机制基于分代回收思想，将堆内存分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation），分别采用不同的垃圾回收器和策略。本文将按年轻代和老年代分类，详细分析 JDK 1.8 支持的垃圾回收器、回收策略及其优劣。

一、年轻代垃圾回收器

年轻代主要存储生命周期较短的对象，回收频率较高。JDK 1.8 提供了以下年轻代垃圾回收器：

1. Serial（串行回收器）

   • 回收策略：标记-复制（Mark-Copy）算法，单线程执行。
   • 特点：将存活对象复制到 Survivor 空间，清理 Eden 和已用 Survivor 空间。
   • 参数 ：-XX:+UseSerialGC。
   • 优点：实现简单，适合单核 CPU 或小内存场景。
   • 缺点：单线程导致回收效率低，停顿时间较长。

2. ParNew（并行新世代回收器）

   • 回收策略：标记-复制算法，多线程并行执行。
   • 特点：Serial 的多线程版本，常与 CMS 搭配使用。
   • 参数 ：-XX:+UseParNewGC。
   • 优点：多线程提升回收效率，适合多核环境。
   • 缺点：仍需 Stop-The-World（STW），停顿时间随对象数量增加而延长。

3. Parallel Scavenge（并行回收器）

   • 回收策略：标记-复制算法，多线程并行执行。
   • 特点：注重吞吐量，可动态调整堆大小。
   • 参数 ：-XX:+UseParallelGC。
   • 优点：高吞吐量，适合后台任务。
   • 缺点：停顿时间较长，不适合低延迟场景。

4. G1（年轻代模式）

   • 回收策略：标记-复制算法，基于 Region 分区，多线程执行。
   • 特点：G1 将堆划分为多个 Region，年轻代区域动态调整，回收时优先处理垃圾最多的区域。
   • 参数 ：-XX:+UseG1GC。
   • 优点：停顿时间可控，适合大堆内存。
   • 缺点：吞吐量略低于 Parallel Scavenge。

年轻代回收策略总结

• 主要算法：标记-复制算法，通过将存活对象复制到 Survivor 空间实现快速回收。
• 特点：年轻代对象存活率低，复制成本小，效率高。
• 适用场景 ：
  • Serial：小型应用。
  • ParNew/Parallel Scavenge：多核服务器。
  • G1：大堆、低延迟需求。

二、老年代垃圾回收器

老年代存储生命周期较长的对象，回收频率较低，但每次回收涉及内存较多。JDK 1.8 提供了以下老年代垃圾回收器：

1. Serial Old（串行老年代回收器）

   • 回收策略：标记-整理（Mark-Compact）算法，单线程执行。
   • 特点：将存活对象压缩到老年代一端，清理碎片。
   • 参数 ：-XX:+UseSerialGC。
   • 优点：无碎片，内存利用率高。
   • 缺点：单线程，停顿时间长。

2. Parallel Old（并行老年代回收器）

   • 回收策略：标记-整理算法，多线程并行执行。
   • 特点：Parallel Scavenge 的老年代增强版。
   • 参数 ：-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC。
   • 优点：高吞吐量，无碎片，适合多核环境。
   • 缺点：STW 停顿时间较长。

3. CMS（并发标记清除）

   • 回收策略：标记-清除（Mark-Sweep）算法，部分阶段与应用线程并发执行。
   • 特点：分为初始标记（STW）、并发标记、重新标记（STW）、并发清除四个阶段。
   • 参数 ：-XX:+UseConcMarkSweepGC。
   • 优点：低停顿时间，适合交互式应用。
   • 缺点：产生内存碎片，可能触发 Serial Old 退化回收。

4. G1（老年代模式）

   • 回收策略：标记-整理算法（部分并发），基于 Region 分区。
   • 特点：动态管理年轻代和老年代边界，优先回收垃圾最多的 Region。
   • 参数 ：-XX:+UseG1GC。
   • 优点：低停顿、无碎片，适合大堆。
   • 缺点：实现复杂，吞吐量稍逊于 Parallel Old。

老年代回收策略总结

• 主要算法 ：
  • 标记-整理（Serial Old、Parallel Old、G1）：消除碎片，内存紧凑。
  • 标记-清除（CMS）：并发性强，但有碎片。
• 特点：老年代对象存活率高，整理或清除策略需权衡停顿与碎片。
• 适用场景 ：
  • Serial Old：小型应用。
  • Parallel Old：高吞吐量需求。
  • CMS：低延迟需求。
  • G1：大堆、综合性能。

三、JDK 1.8 默认垃圾回收策略

在 JDK 1.8 的 Server 模式下，默认使用 Parallel Scavenge（年轻代）+ Parallel Old（老年代）：

• 年轻代：标记-复制，多线程并行。
• 老年代：标记-整理，多线程并行。
• 目标：最大化吞吐量。

优缺点分析

• 优点 ：
  • 高吞吐量，适合批处理任务。
  • 无碎片，内存利用率高。
• 缺点 ：
  • STW 停顿时间长，不适合低延迟应用。
  • 调优复杂，需调整线程数和停顿目标。

四、总结与建议

JDK 1.8 的垃圾回收器按代际分工明确：

• 年轻代：Serial、ParNew、Parallel Scavenge、G1，均采用标记-复制算法，注重回收效率。
• 老年代：Serial Old、Parallel Old、CMS、G1，策略分为标记-整理和标记-清除，平衡停顿与碎片。

默认的 Parallel Scavenge + Parallel Old 适合高吞吐量场景，但对于低延迟需求，建议使用 CMS 或 G1。实际应用中，应根据堆大小、延迟要求和吞吐量目标选择合适的回收器，并通过参数（如 -XX:MaxGCPauseMillis、-XX:GCTimeRatio）优化性能。