JVM垃圾回收器

一、新生代回收器

1. Serial 收集器

• 目标代际：新生代

• 回收算法：标记-复制算法

• 工作模式：

  • 单线程执行垃圾回收

  • STW暂停所有应用线程

• 特点：

  • 简单高效（无线程交互开销）

  • 暂停时间长（不适合服务端）

• 启用参数 ：-XX:+UseSerialGC

2. ParNew 收集器

• 目标代际：新生代

• 回收算法：标记-复制算法

• 工作模式：

  • 多线程并行回收（默认=CPU核心数）

  • STW暂停所有线程

• 特点：

  • Serial的多线程版本

  • 需配合CMS使用（老年代回收器）

• 启用参数 ：-XX:+UseParNewGC

3. Parallel Scavenge 收集器

• 目标代际：新生代

• 回收算法：标记-复制算法

• 工作模式：

  • 多线程并行回收

  • 自适应策略动态调整堆参数

• 特点：

  • 吞吐量优先：最大化应用运行时间

  • 提供精确控制参数：-XX:GCTimeRatio、-XX:MaxGCPauseMillis

• 启用参数 ：-XX:+UseParallelGC

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二、老年代回收器

4. Serial Old 收集器

• 目标代际：老年代

• 回收算法：标记-整理算法

• 工作模式：

  • 单线程执行

  • 全STW暂停

• 特点：

  • Serial收集器的老年代版本

  • 作为CMS失败时的后备方案

• 启用参数 ：-XX:+UseSerialGC

5. Parallel Old 收集器

• 目标代际：老年代

• 回收算法：标记-整理算法

• 工作模式：

  • 多线程并行回收

  • 全STW暂停

• 特点：

  • Parallel Scavenge的老年代搭档

  • 吞吐量优先设计

• 启用参数 ：-XX:+UseParallelOldGC

6. CMS 收集器（Concurrent Mark-Sweep）

• 目标代际：老年代

• 回收算法：标记-清除算法

• 四阶段工作流：

  1. 初始标记：STW暂停，标记GC Roots直接引用

  2. 并发标记：与应用线程并行，标记引用链

  3. 重新标记：STW暂停，修正并发标记变更

  4. 并发清除：与应用线程并行，回收垃圾内存

• 特点：

  • 低延迟优先：减少STW时间

  • 内存碎片问题（需定期Full GC整理）

  • 并发失败风险（Concurrent Mode Failure）

• 启用参数 ：-XX:+UseConcMarkSweepGC

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三、全堆回收器

7. G1 收集器（Garbage-First）

• 目标代际：新生代 + 老年代（全堆）

• 核心设计：

  • 分区模型：将堆划分为2048个等大Region（1MB~32MB）

  • 回收策略：

    • 年轻代回收：STW暂停，复制算法

    • 混合回收：回收老年代高收益Region

    • Full GC：Serial Old作为后备

• 四阶段标记：

  1. 初始标记：STW，标记GC Roots

  2. 并发标记：并行标记引用链

  3. 最终标记：STW，处理SATB队列

  4. 筛选回收：STW，按价值排序回收Region

• 特点：

  • 可预测停顿 ：-XX:MaxGCPauseMillis=200

  • 内存整理：避免碎片

  • JDK9+默认回收器

• 启用参数 ：-XX:+UseG1GC

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四、回收器搭配与代际关系

回收器组合	新生代	老年代	启用参数
Serial + Serial Old	Serial	Serial Old	-XX:+UseSerialGC
ParNew + CMS	ParNew	CMS	-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC
Parallel Scavenge + Parallel Old	Parallel Scavenge	Parallel Old	-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC
G1	内置年轻代模式	内置老年代模式	-XX:+UseG1GC

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五、常见问题总结

Q：Serial收集器如何工作？

A：

• 目标代际：新生代

• 算法：标记-复制算法

• 流程：

  1. STW暂停所有线程

  2. 单线程标记存活对象

  3. 存活对象复制到Survivor区

  4. 年龄+1，超阈值晋升老年代

  5. 清空Eden和From Survivor

• 特点：简单高效，适合客户端应用

Q：CMS的四个阶段是什么？

A：

• 初始标记：STW暂停，标记GC Roots直接引用（快）

• 并发标记：与应用并行，遍历对象图（长）

• 重新标记：STW暂停，修正并发期间变更（中）

• 并发清除：与应用并行，回收垃圾内存（长）

Q：G1如何实现可预测停顿？

A： 三步机制：

1. 堆分区：划分为等大Region（默认2048个）

2. 回收价值计算：优先回收垃圾最多（Garbage-First）Region

3. 停顿预测模型：基于历史GC数据预测回收时间

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六、关键概念解析

1. STW（Stop-The-World） ：

   垃圾回收时暂停所有应用线程，保证一致性

2. 晋升阈值（Tenuring Threshold） ：

   对象从新生代晋升老年代的年龄（默认15次GC）

3. SATB（Snapshot-At-The-Beginning） ：

   G1在并发标记开始时建立对象图快照，解决漏标问题

4. 记忆集（Remembered Set） ：

   记录Region间引用关系，避免全堆扫描（G1核心数据结构）