一、GC 核心基础（必背）
1. 为什么需要 GC？
- Java 对象在堆内存 创建，不回收会导致 OOM（内存溢出）
- GC 自动回收无用对象内存，避免内存泄漏，保证程序长期运行
- 对比 C/C++ 手动管理内存：GC 更安全，但会产生 STW（停顿）
2. 回收什么？------ 无用对象判定
JVM 只用 可达性分析算法，不用引用计数。
表格
| 算法 | 原理 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 引用计数 | 对象被引用 + 1，失效 - 1，为 0 则回收 | 简单高效 | 无法解决循环引用 |
| 可达性分析 | 从 GC Roots 遍历，不可达对象判定为垃圾 | 安全准确，JVM 默认 | 实现稍复杂 |
GC Roots 固定 4 类
- 虚拟机栈局部变量引用
- 方法区静态属性引用
- 方法区常量引用
- 本地方法栈 JNI 引用
3. 怎么回收？------ 三大基础算法
所有 GC 都基于这 3 步，只是实现不同：
- 标记：标记存活 / 垃圾对象
- 清除：回收垃圾内存（会产生碎片）
- 整理：移动对象，消除内存碎片
核心矛盾 标记 / 清除 / 整理必须 STW（Stop The World）暂停用户线程 垃圾收集器 = 在 回收效率、内存碎片、停顿时间 之间做平衡
二、JVM 内存分代模型（核心）
堆内存 = 年轻代 + 老年代元空间不在堆内，本文不重点讲。
表格
| 分代 | 对象特点 | 回收频率 | 核心需求 |
|---|---|---|---|
| 年轻代 | 新对象、生命周期短 | 极高（Minor GC） | 回收快、停顿短 |
| 老年代 | 长期存活、大对象 | 低（Full GC） | 无碎片、效率稳 |
三、7 大垃圾收集器 超详细对比（面试必考）
分类总览
- 年轻代：Serial、ParNew
- 老年代：Serial Old、Parallel Old
- 整堆回收：CMS、G1、ZGC/Shenandoah
3.1 年轻代收集器
① Serial GC（串行）
- 单线程回收，全程 STW
- 算法：复制算法
- 搭配：老年代 Serial Old
- 优点：简单、轻量、无线程开销
- 缺点：停顿极长，不利用多核
- 场景：堆内存 <1GB、嵌入式、桌面应用
- 参数：
-XX:+UseSerialGC
② ParNew GC（并行）
- Serial 多线程版本
- 算法：复制算法
- 唯一能和 CMS 配合的年轻代收集器
- 优点：多核下停顿更短
- 缺点：仍有 STW，单核不如 Serial
- 场景：多核服务器 + CMS 组合
- 参数：
-XX:+UseParNewGC
3.2 老年代收集器
① Serial Old（串行）
- 单线程、标记 - 整理算法
- 优点：无碎片、实现简单
- 缺点：停顿极长
- 场景：小内存、Serial GC 配套使用
② Parallel Old（并行）
- JDK8 默认老年代收集器
- 多线程、标记 - 整理算法
- 搭配：Parallel Scavenge（年轻代）
- 目标：高吞吐量
- 优点：多核高效、无碎片
- 缺点：停顿时间不可控
- 场景：后台计算、批处理、数据任务
- 参数：
-XX:+UseParallelOldGC
3.3 整堆收集器（最重要）
① CMS GC（并发标记清除）
- 目标：低延迟
- 算法：标记 - 清除（不整理，会产生碎片）
- JDK9 废弃，JDK14 移除
4 阶段（2 段 STW + 2 段并发）
- 初始标记（STW，极快）
- 并发标记（和用户线程一起跑）
- 重新标记（STW，修正标记）
- 并发清除（和用户线程一起跑）
优点
- 停顿极短
- 并发回收，不阻塞业务
缺点（必背）
- 内存碎片（最致命）
- 占用 CPU，降低吞吐量
- 无法处理浮动垃圾
- concurrent mode failure 会退化为 Serial Old
场景 ：Web 接口、低延迟要求高的服务参数 ：-XX:+UseConcMarkSweepGC
② G1 GC（Garbage-First）
- JDK9+ 默认收集器
- 目前生产环境首选
- 设计：分区内存（Region），打破固定分代
- 算法：标记 - 整理 + 复制
- 目标：兼顾吞吐量 + 低延迟
核心流程
- 初始标记（STW）
- 并发标记
- 最终标记（STW）
- 筛选回收（STW，优先回收垃圾最多的 Region）
- 并发清理
优点（必背）
- 可控制停顿时间
- 无内存碎片
- 支持大堆（8GB~100GB）
- 动态调整年轻 / 老年代
缺点
- 占额外内存
- CPU 要求高
场景 ：微服务、分布式、大型 Web、通用服务器参数 ：-XX:+UseG1GC
③ ZGC / Shenandoah GC（新一代超低延迟）
- JDK11+ ZGC（官方主推）
- JDK12+ Shenandoah（OpenJDK）
- 停顿时间：微秒级（<10ms → <0.01ms）
- 支持 TB 级堆内存
- 几乎全程并发，标记 / 复制都不 STW
优点
- 延迟极致
- 堆越大优势越明显
- 无碎片
场景 ：金融交易、实时计算、超大堆服务参数：
- ZGC：
-XX:+UseZGC - Shenandoah：
-XX:+UseShenandoahGC
四、垃圾收集器 最强对比表
表格
| 收集器 | 类型 | 算法 | 优点 | 缺点 | 适用场景 | JDK 默认 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Serial | 年轻代 | 复制 | 简单轻量 | 单线程、停顿长 | 小内存、嵌入式 | - |
| ParNew | 年轻代 | 复制 | 多核并行 | 停顿不可控 | 配合 CMS | - |
| SerialOld | 老年代 | 标记 - 整理 | 无碎片 | 停顿极长 | 小内存 | - |
| ParallelOld | 老年代 | 标记 - 整理 | 高吞吐 | 停顿较长 | 后台任务 | JDK8 |
| CMS | 整堆 | 标记 - 清除 | 低延迟 | 内存碎片 | Web 服务 | 废弃 |
| G1 | 整堆 | 标记 - 整理 + 复制 | 均衡、无碎片 | 占内存 | 通用生产 | JDK9+ |
| ZGC | 整堆 | 染色指针 | 微秒级停顿 | 吞吐量略低 | 低延迟大堆 | JDK17+ |
五、实战选型指南（直接照抄用）
1. 优先用 JDK 默认
- JDK8：Parallel + Parallel Old（吞吐量优先）
- JDK9+：G1（通用首选）
2. 按业务场景选
- 低延迟优先 （Web / 接口 / 秒杀）
- 堆 <16G → G1
- 堆 ≥16G → ZGC
- JDK8 → CMS
- 吞吐量优先（批处理 / 计算任务）→ Parallel + Parallel Old
- 小内存（<1GB）→ Serial + Serial Old
- 超大堆（≥32GB）→ ZGC（JDK11+）
3. 避坑提醒
- 不要盲目追求低延迟
- 不要乱调 GC 参数
- CMS 已废弃，一律用 G1 替代
六、终极总结（一句话背会）
- Serial：单线程、小内存、简单
- Parallel：多线程、高吞吐、后台任务
- CMS：低延迟、有碎片、已废弃
- G1 ：均衡通用、无碎片、生产首选
- ZGC：极致低延迟、未来趋势