JVM 全量垃圾回收器（GC）详解

前置核心必背（面试开篇必答，基石知识点）

✅ 1. GC 回收器的设计前提：JVM 内存分代模型

所有垃圾回收器的设计，都基于 JVM 堆内存的「分代收集理论」，这是 GC 的核心原则，所有回收器都遵循这个规则：

新生代 ：对象「朝生夕死」，98% 的对象刚创建就会被回收，存活率极低 ；内存空间小，回收频率高。新生代采用 复制算法 做垃圾回收，内存划分为 Eden区(80%) + Survivor0区(10%) + Survivor1区(10%)，效率极高。
老年代 ：存放新生代存活下来的「长寿对象」，存活率极高 ；内存空间大，回收频率低。老年代采用 标记 - 清除 / 标记 - 整理算法 做垃圾回收，避免内存复制的巨大开销。

✅ 2. GC 回收器的 2 个核心分类维度（面试必考）

维度一：按【回收区域】划分（核心）

新生代回收器 ：只负责回收「新生代」内存，包含：Serial GC、ParNew GC、Parallel Scavenge GC
老年代回收器 ：只负责回收「老年代」内存，包含：Serial Old GC、Parallel Old GC、CMS GC
整堆回收器（全区域） ：打破分代模型，同时回收新生代 + 老年代 ，包含：G1 GC、ZGC、Shenandoah GC（JDK8 + 主流）

维度二：按【回收执行方式】划分

串行 GC ：单线程执行 GC，GC 时会触发 STW(Stop The World)，应用线程全部暂停；优点是开销小、适合小内存，缺点是停顿时间长。
并行 GC ：多线程执行 GC，依然会触发 STW ；优点是回收效率高、吞吐量高，缺点是停顿时间比串行略短（多核场景）。✔️ 注意：并行 GC ≠ 并发 GC ，这是面试最高频易错点，绝对不能混淆！
并发 GC ：GC 线程和应用线程同时执行 ，只会在 GC 的「关键阶段」触发极短的 STW；优点是应用停顿时间极短，缺点是会占用 CPU 资源、吞吐量略低，适合对响应时间要求高的场景。

✅ 3. GC 的 2 个核心权衡指标（选型唯一标准，面试必背）

所有 GC 回收器的选型，本质都是在这两个指标之间做取舍，鱼和熊掌不可兼得：

吞吐量 = 应用程序运行时间 / (应用程序运行时间 + GC 执行时间)
- 吞吐量越高，代表 GC 占用的时间越少，应用能处理的业务请求越多，适合后台任务、数据分析、批处理等场景。
停顿时间 ：GC 执行时，应用线程被 STW 暂停的时间。
- 停顿时间越短，代表应用的响应越及时，用户体验越好，适合Web 应用、微服务、电商、金融等对响应时间敏感的在线业务。

一、新生代垃圾回收器（3 个）

所有新生代回收器统一使用【复制算法】 ，只回收新生代内存，触发条件都是「新生代内存满」，核心差异是单线程 / 多线程 、优化目标不同。

1. Serial GC（串行回收器，新生代）

✅ 核心特性：单线程 新生代回收器，独占 CPU 执行 GC，全程触发 STW。
✅ 工作方式：Eden 区满时，单线程将 Eden+S0 的存活对象复制到 S1，回收无用对象；存活对象年龄 + 1，达到阈值进入老年代。
✅ 优点：实现简单、GC 线程无开销、内存占用小，适合单核 CPU / 小内存场景。
✅ 缺点：单线程效率低，STW 停顿时间长，多核 CPU 下性能极差。
✅ 适用场景：JVM 堆内存 ≤ 1G、嵌入式设备、单机小应用，生产环境几乎不用。

2. ParNew GC（并行新生代回收器）

一句话总结：Serial GC 的多线程版本

✅ 核心特性：多线程 新生代回收器，基于复制算法，全程触发 STW；线程数默认等于 CPU 核心数。
✅ 核心特点：和 Serial GC 的回收逻辑完全一致，只是把单线程改成多线程，回收效率大幅提升（多核场景）。
✅ 核心价值：唯一能和 CMS 老年代回收器配合使用的新生代回收器。
✅ 优点：多核下比 Serial GC 快很多，回收效率高。
✅ 缺点：依然是 STW 回收，停顿时间比 Serial GC 短但依然存在；线程切换有少量开销。
✅ 适用场景：配合 CMS 使用的 Web 应用，JDK7/8 中少量使用。

3. Parallel Scavenge GC（并行回收器，又称【吞吐量优先 GC】，新生代）

JDK8 默认的新生代回收器，面试高频重点

✅ 核心特性：多线程 新生代回收器，复制算法，全程 STW；唯一以「吞吐量」为核心优化目标的回收器。
✅ 核心亮点：支持「自适应调节策略 」------ JVM 会根据当前系统的运行情况，自动调整新生代的内存大小、晋升老年代的年龄阈值等参数，无需手动调优，追求最高吞吐量。
✅ 区别于 ParNew：两者都是多线程新生代回收器，但 ParNew 是为了配合 CMS ，而 Parallel Scavenge 是为了极致吞吐量。
✅ 优点：吞吐量极致、自动调优、多核下效率极高，无需手动配置参数。
✅ 缺点：STW 停顿时间比 ParNew 略长，对响应时间敏感的场景不友好。
✅ 适用场景：后台批处理、大数据分析、报表生成、日志处理等吞吐量优先的场景，JDK8 默认选型。

二、老年代垃圾回收器（3 个）

所有老年代回收器无统一算法，回收频率远低于新生代，触发条件是「老年代内存满」或「新生代晋升失败」，核心差异是算法、单 / 多线程、是否并发。

1. Serial Old GC（串行回收器，老年代）

✅ 核心特性：单线程 老年代回收器，使用 标记 - 整理算法，全程 STW；是 Serial GC 的老年代配套版本。
✅ 工作方式：单线程标记老年代存活对象 → 整理内存（存活对象向一端移动）→ 回收空闲内存，无内存碎片。
✅ 优点：无线程开销、内存无碎片、实现简单。
✅ 缺点：单线程效率低，STW 停顿时间极长（老年代内存大）。
✅ 适用场景：和 Serial GC 搭配，小内存 / 单核场景，生产环境几乎不用。

2. Parallel Old GC（并行回收器，老年代）

JDK8 默认的老年代回收器，面试高频重点

✅ 核心特性：多线程 老年代回收器，使用 标记 - 整理算法 ，全程 STW；是 Parallel Scavenge 的老年代配套版本，同样追求「吞吐量优先」。
✅ 优点：多核下回收效率极高、吞吐量极致、内存无碎片、支持自适应调优。
✅ 缺点：STW 停顿时间较长，对响应时间敏感的场景不友好。
✅ 组合使用：Parallel Scavenge + Parallel Old 是 JDK8 默认的 GC 组合，也是企业中「吞吐量优先」场景的首选。
✅ 适用场景：后台批处理、大数据分析、日志处理等，和 Parallel Scavenge 完全匹配。

3. CMS GC（Concurrent Mark Sweep，并发标记清除，老年代）

JVM 面试必考 TOP3，史上第一个真正意义的「并发 GC」，里程碑式的回收器，JDK9 被标记为废弃，JDK14 移除

✅ 核心定位：老年代回收器，唯一以「低停顿」为核心优化目标的老年代回收器，适合对响应时间要求极高的场景。
✅ 核心特性：使用 标记 - 清除算法 ，并发执行 GC，GC 线程和应用线程同时运行，大幅减少 STW 时间。
✅ 核心：CMS 的4 个执行阶段（面试必须一字不差背下来） ，只有 2 个阶段触发 STW，且停顿极短 ：
1. 初始标记（Initial Mark） - 触发 STW，极短：只标记「GC Roots 直接关联的老年代对象」，无遍历，毫秒级完成。
2. 并发标记（Concurrent Mark） - 无 STW，核心阶段：GC 线程和应用线程并行，遍历老年代所有存活对象，标记存活节点，耗时最长但不影响应用。
3. 重新标记（Remark） - 触发 STW，短：修正并发标记阶段，因应用线程运行产生的「漏标对象」，毫秒级完成。
4. 并发清除（Concurrent Sweep） - 无 STW：GC 线程和应用线程并行，清除未被标记的垃圾对象，释放内存。

✅ CMS 的优缺点（面试必考，重中之重）

✅ 优点：极致的低停顿，并发回收，应用响应时间极快，适合 Web / 微服务 / 电商等在线业务。

❌ 缺点（3 个致命缺点，面试必答）：

CPU 敏感：并发阶段会占用 CPU 核心，CPU 核心越少，对应用吞吐量的影响越大（比如单核 CPU 下，CMS 会导致应用卡顿）。
内存碎片严重 ：使用「标记 - 清除算法」，只清除垃圾不整理内存，会产生大量内存碎片；碎片过多会导致「大对象无法分配内存」，触发Full GC。
产生浮动垃圾：并发清除阶段，应用线程还在创建新对象，这些新对象无法被本次 GC 回收，称为「浮动垃圾」；浮动垃圾过多会导致老年代内存满，触发 Full GC。

✅ 组合使用：ParNew + CMS 是 JDK7/8 中「低停顿」场景的首选组合。
✅ 适用场景：电商、金融、微服务等对响应时间要求极高的在线业务，JDK8 中仍有大量企业使用。

三、整堆垃圾回收器（打破分代，新生代 + 老年代，3 个核心）

统称「现代垃圾回收器」，JDK8 + 的主流选型，面试必考 TOP1 ，全部是企业生产环境的核心选型，优先级远高于上述分代回收器。✔️ 核心特点：打破分代模型 ，不再区分新生代 / 老年代，一个回收器搞定整堆内存回收，兼顾「吞吐量」和「低停顿」，支持大内存（几十 G / 上百 G）。

1. G1 GC（Garbage First，垃圾优先，JDK9 默认 GC）

面试必考 TOP1，企业生产环境绝对主流 ，JDK8u20 后可用，JDK9 默认 GC，JDK8 中最常用的 GC，必须吃透

✅ 核心定位

一款兼顾吞吐量和低停顿 的全能型整堆回收器，目标是「在高吞吐量的前提下，实现可控的低停顿」，完美解决了 CMS 的所有缺点，是目前最均衡、最推荐的 GC 选型。

✅ 核心特性（面试必背，所有特性都是考点）

打破分代模型，基于 Region 内存布局 ：G1 将整个堆内存划分为多个大小相等的独立 Region（区域，默认 2M~32M），Region 可以动态标记为「新生代 Region」或「老年代 Region」，不再有物理上的分代隔离，回收时按 Region 为单位回收。
混合回收机制：G1 会优先回收「垃圾最多的 Region」（Garbage First 的由来），垃圾越多的 Region 回收效率越高，能快速释放内存。
回收算法动态切换 ：新生代 Region 用「复制算法」，老年代 Region 用「标记 - 整理算法」，无内存碎片，解决 CMS 的碎片问题。
可预测的停顿时间 ：G1 支持配置 MaxGCPauseMillis（默认 200ms），JVM 会根据这个阈值，自动调整回收的 Region 数量，保证每次 GC 的停顿时间不超过阈值，这是 G1 的核心亮点。
全程多线程回收，支持并发回收，STW 时间极短。

✅ G1 的 3 种 GC 模式（面试必答）

Young GC：只回收新生代 Region，触发 STW，多线程复制算法，频率高，停顿短。
Mixed GC（混合 GC，核心）：回收「新生代 Region + 部分老年代 Region」，G1 的主力 GC，并发执行，STW 时间可控，几乎不会触发 Full GC。
Full GC ：G1 的兜底回收，单线程标记 - 整理，STW 时间极长；触发 Full GC 就是 G1 调优失败的标志，生产环境要极力避免。

✅ G1 的优缺点

✅ 优点：全能型，兼顾吞吐量和低停顿、无内存碎片、支持大内存、可预测停顿时间、解决 CMS 所有缺点。

❌ 缺点：内存占用比 CMS 高（需要维护 Region 元数据），CPU 开销略高，小内存场景下性能不如 CMS。

✅ 适用场景

所有企业级生产环境场景 ：微服务、电商、金融、Web 应用、大数据（大内存），JDK8/9/11 的首选 GC，目前 90% 的 Java 项目都在用 G1。

2. ZGC（Z Garbage Collector，JDK11+ 实验性，JDK15 正式版）

面试高级考点 ，极致低停顿的革命性 GC，号称「停顿时间不超过 10ms 」，支持TB 级内存

✅ 核心定位：整堆回收器，极致低停顿优先，吞吐量也不差，是为「超大内存、超高并发」场景设计的 GC。
✅ 核心特性（面试必背亮点）：
1. 支持 TB 级堆内存（比如 16G、32G、128G），停顿时间几乎不受内存大小影响，始终≤10ms。
2. 全程并发回收，只有极短的 STW（几毫秒），几乎可以忽略不计。
3. 使用「染色指针 + 读屏障」技术，无内存碎片，回收效率极高。
✅ 优点：停顿时间极致、支持超大内存、无碎片、吞吐量优秀。
✅ 缺点：JDK11 才推出，部分老项目兼容性待验证，CPU 开销略高。
✅ 适用场景：超大内存的微服务、分布式系统、金融核心系统，JDK11 + 的首选高端 GC。

3. Shenandoah GC（JDK12+）

和 ZGC 定位完全一致，都是极致低停顿的整堆回收器

✅ 核心特性：全程并发回收，停顿时间≤10ms，支持超大内存，无内存碎片。
✅ 区别于 ZGC：Shenandoah 的实现更轻量，CPU 开销更低，兼容性更好；ZGC 的内存支持上限更高。
✅ 适用场景：和 ZGC 一致，超大内存、低停顿优先的场景。

四、JVM GC 回收器【官方合法组合规则】（面试必考，绝对高频）

核心规则：不是任意新生代和老年代回收器都能搭配 ，JVM 有严格的组合限制，以下是全部合法组合，背下来！

✅ Serial GC + Serial Old GC - 串行组合，单线程，小内存场景。
✅ ParNew GC + CMS GC - 并行新生代 + 并发老年代，低停顿优先，JDK7/8 经典组合。
✅ ParNew GC + Serial Old GC - 兜底组合，CMS 失败时自动切换。
✅ Parallel Scavenge + Parallel Old GC - 并行组合，吞吐量优先，JDK8 默认组合。
✅ G1/ZGC/Shenandoah - 独立使用，无需搭配，自己回收整堆，JDK9 默认 G1。

✔️ 面试易错点：Parallel Scavenge 不能和 CMS 搭配！JVM 不支持这个组合，很多人会答错。

五、GC 回收器企业级选型黄金原则（面试必问，终极考点）

面试官一定会问：你们项目用的是什么 GC？为什么这么选？ 按以下原则回答，绝对满分，也是企业真实选型逻辑，优先级从高到低：

✅ 总原则：能选 G1 就选 G1，除非有特殊场景

场景 1：吞吐量优先（后台任务、批处理、数据分析） → 选 Parallel Scavenge + Parallel Old（JDK8 默认）
- 理由：极致吞吐量，无调优成本，自动适配，适合不需要用户交互的后台业务。
场景 2：响应时间优先（Web、微服务、电商、金融） → 首选 G1 GC（JDK8u20+）
- 理由：兼顾吞吐量和低停顿，无内存碎片，支持大内存，可预测停顿时间，全能型最优解。
- 备选：JDK8 低版本选 ParNew + CMS，但要解决内存碎片问题。
场景 3：超大内存（堆内存 ≥ 16G）+ 极致低停顿 → 选 ZGC/Shenandoah（JDK11+）
- 理由：停顿时间≤10ms，支持 TB 级内存，适合金融核心、分布式大内存场景。
场景 4：小内存（堆内存 ≤ 1G）+ 嵌入式设备 → 选 Serial GC + Serial Old GC
- 理由：无线程开销，内存占用小，单核效率高。

六、JVM GC 高频面试题 + 易错点清单（避坑必背，全部是考点）

✅ 高频面试问答（必考，直接背答案）

并行 GC 和并发 GC 的区别？→ 并行 GC 是多线程 STW 回收，GC 时应用暂停，追求吞吐量；并发 GC 是 GC 线程和应用线程并行，只有短 STW，追求低停顿。
CMS 的优缺点和执行阶段？→ 优点：低停顿、并发回收；缺点：CPU 敏感、内存碎片、浮动垃圾。4 个阶段：初始标记 (STW)、并发标记、重新标记 (STW)、并发清除。
G1 为什么能解决 CMS 的内存碎片问题？→ G1 对老年代 Region 使用「标记 - 整理算法」，CMS 用「标记 - 清除算法」，所以 G1 无内存碎片。
JDK8 默认的 GC 是什么？JDK9 呢？→ JDK8 默认：Parallel Scavenge + Parallel Old；JDK9 默认：G1 GC。
G1 的核心优势是什么？→ 打破分代、兼顾吞吐和停顿、无碎片、可预测停顿、优先回收垃圾多的 Region。

✅ 高频易错点（面试踩坑率 90%）

❌ 错误：CMS 是无 STW 的 GC → 正确：CMS 有 2 个阶段触发 STW，只是停顿极短。
❌ 错误：Parallel Scavenge 可以和 CMS 搭配 → 正确：不支持，官方禁止该组合。
❌ 错误：G1 是分代回收器 → 正确：G1 打破分代，基于 Region 布局，是整堆回收器。
❌ 错误：吞吐量和停顿时间可以同时最优 → 正确：两者是权衡关系，无法兼得。
❌ 错误：ZGC 只能用在 JDK15+ → 正确：JDK11 就有 ZGC（实验性），JDK15 正式发布。

总结（核心速记，考前必看）

分代回收器是基础，CMS 是里程碑，G1 是目前的主流和最优解，ZGC 是未来的趋势。
所有 GC 的核心是「吞吐量」和「停顿时间」的取舍，没有完美的 GC，只有最合适的 GC。
企业选型优先级：G1 > ParNew+CMS > Parallel+Parallel Old > Serial。
面试核心考点：CMS 的 4 个阶段、G1 的特性、GC 组合规则、选型原则。