【JVM】面试题-有哪些垃圾回收器

在JVM的内存管理中，垃圾收集算法是内存回收的核心逻辑与方法论，而垃圾收集器则是将这套方法论落地实现的具体工具。

不同的垃圾收集器针对JVM堆的不同分代（新生代、老年代）设计，具备不同的性能特点，适配不同的应用场景，也是JVM面试中的高频考点。

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以下将详细解析7种常用垃圾收集器，它们各自作用于不同的内存分代，部分收集器之间可搭配使用，具体分类及特点如下：

其中，按回收范围可明确划分：

仅作用于新生代的收集器：Serial、Parallel Scavenge、ParNew；
仅作用于老年代的收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS；
可回收整个Java堆（新生代+老年代）的收集器：G1。

从垃圾收集算法的应用来看，存在明确的分代适配规律：新生代垃圾回收器普遍采用复制算法 ，该算法的核心优势是执行效率高，垃圾回收速度快，不足则是会浪费部分内存空间（需预留空闲区域用于复制）；老年代垃圾回收器则多采用标记-整理算法，可有效避免内存碎片，适配老年代对象生命周期长、占用内存大的特点。

需要注意的是，不同收集器之间的连线代表它们可搭配使用（如Serial与Serial Old、ParNew与CMS等），实际应用中需根据应用的性能需求选择合适的组合。

下面逐一解析每种收集器的核心特点、采用算法及适用场景：

Serial收集器（复制算法）：新生代专属的单线程垃圾收集器，其标记垃圾、清除垃圾的整个过程均由单个线程完成。核心优势是实现简单、占用内存资源少，在单核心CPU环境下效率较高；缺点是单线程执行会导致GC期间用户线程阻塞，停顿时间随内存规模增大而变长，适合小型应用或单核心环境。
Parallel Scavenge收集器（复制算法） ：新生代并行垃圾收集器，与Serial收集器的核心区别是支持多线程并行回收。其设计目标是追求高吞吐量，吞吐量的计算公式为：吞吐量 = 用户线程运行时间 /（用户线程运行时间 + GC线程运行时间）。高吞吐量意味着能最大限度利用CPU资源执行用户业务逻辑，减少GC线程占用CPU的时间，适合后台计算、批量处理等对交互响应速度要求不高的场景。
ParNew收集器（复制算法）：同样是新生代并行收集器，本质上是Serial收集器的多线程优化版本。它保留了Serial收集器的核心逻辑，仅将单线程回收改为多线程回收，在多核CPU环境下，能充分利用多核资源，回收效率远高于Serial收集器，常与CMS收集器搭配使用，适配对响应速度有一定要求的应用。
Serial Old收集器（标记-整理算法）：老年代专属的单线程收集器，是Serial收集器的老年代版本。其回收过程与Serial收集器一致，均为单线程执行，采用标记-整理算法，能避免内存碎片。由于单线程执行的局限性，它主要用于单核心CPU环境，或作为CMS收集器出现异常时的备用回收方案。
Parallel Old收集器（标记-整理算法）：老年代并行收集器，是Parallel Scavenge收集器的老年代配套版本。其设计目标与Parallel Scavenge一致，依然以高吞吐量为核心，支持多线程并行回收，采用标记-整理算法，适合与Parallel Scavenge收集器搭配使用，构建"高吞吐量优先"的垃圾回收组合，适配大型后台应用。
CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器（标记-清除算法） ：老年代专属的并发垃圾收集器，其核心设计目标是获取最短的GC停顿时间，这也是它与其他老年代收集器的核心区别。CMS收集器采用标记-清除算法，核心优势是GC线程与用户线程可并发执行，大幅缩短用户线程的阻塞时间，具备高并发、低停顿的特点，适合Web应用、桌面应用等对交互响应速度要求极高的场景；缺点是会产生内存碎片，且并发回收过程中会占用一定的CPU资源，影响用户线程的执行效率。
G1（Garbage First）收集器（标记-整理算法）：一款可回收整个Java堆（新生代+老年代）的并行垃圾收集器，于JDK 1.7引入，JDK 9起成为JVM默认的垃圾收集器。G1收集器基于标记-整理算法实现，从根源上解决了内存碎片问题；与前6种收集器最大的区别的是，它打破了"分代回收"的局限，将整个Java堆划分为多个大小相等的区域（Region），可灵活选择回收价值最高的区域，实现"垃圾优先"回收。其兼顾了吞吐量与停顿时间，适合内存规模较大（如4GB及以上）的大型应用，能在控制GC停顿时间的同时，保证一定的吞吐量。