JVM 垃圾回收器分类及其特点详解
JVM 的垃圾回收（Garbage Collection, GC）主要分为 分代回收模型 下的不同垃圾回收器（Garbage Collectors），每种回收器针对不同场景设计。以下是常见的垃圾回收器分类及其特点：
1. 按工作模式分类
| 垃圾回收器 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|
| Serial 收集器 | 单线程执行 GC，全程 Stop-The-World（STW） | 客户端应用、资源受限环境（如嵌入式） |
| Parallel（吞吐量优先）收集器 | 多线程并行执行 GC，追求高吞吐量（-XX:+UseParallelGC） | 后台计算、批处理任务 |
| CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器 | 并发标记清除，减少 STW 时间（-XX:+UseConcMarkSweepGC） | 对延迟敏感的老年代回收（JDK 9 前） |
| G1（Garbage-First）收集器 | 分区化堆内存，可预测停顿时间（-XX:+UseG1GC，JDK 9+ 默认） | 大内存、低延迟要求的应用 |
| ZGC（Z Garbage Collector） | 基于染色指针和读屏障，STW 极短（-XX:+UseZGC，JDK 15+ 生产可用） | 超大堆（TB 级）、超低延迟 |
| Shenandoah 收集器 | 类似 ZGC，通过 Brooks 指针实现并发压缩（-XX:+UseShenandoahGC） | 低延迟、高吞吐量混合场景 |
2. 按分代模型分类
JVM 堆内存通常分为 新生代（Young Generation） 和 老年代（Old Generation），不同区域使用不同回收策略：
新生代回收器
- Serial：单线程复制算法（Minor GC）。
- ParNew：多线程版 Serial，配合 CMS 使用。
- Parallel Scavenge：多线程复制算法，追求吞吐量。
老年代回收器
- Serial Old：单线程标记-整理算法（Major GC）。
- Parallel Old：多线程标记-整理算法，配合 Parallel Scavenge。
- CMS：并发标记-清除算法（减少 STW，但可能产生内存碎片）。
- G1/ZGC/Shenandoah：不分代或逻辑分代，统一处理全堆。
3. 核心算法
不同回收器基于以下算法实现：
- 标记-清除（Mark-Sweep）
- 标记存活对象，清除未标记对象（CMS 使用）。
- 缺点：内存碎片化。
- 标记-整理（Mark-Compact）
- 标记存活对象后，整理到内存一端（Serial Old、Parallel Old 使用）。
- 优点：避免碎片。
- 复制算法（Copying）
- 将存活对象复制到新区域（新生代 Survivor 区使用）。
- 优点：无碎片，但内存利用率低。
4. 如何选择垃圾回收器？
| 场景需求 | 推荐回收器 |
|---|---|
| 小型应用、低资源消耗 | Serial / Serial Old |
| 高吞吐量（如后台计算） | Parallel Scavenge + Parallel Old |
| 低延迟（如 Web 服务） | G1 / CMS（JDK 8） |
| 超大堆内存、极致低延迟 | ZGC / Shenandoah |
5. 参数示例
# 使用 G1 回收器（JDK 8+）
-XX:+UseG1GC
# 使用 ZGC（JDK 11+）
-XX:+UseZGC
# 设置最大堆内存和停顿时间目标（G1）
-Xmx4g -XX:MaxGCPauseMillis=200
总结
- Serial/Parallel/CMS：适用于传统分代模型。
- G1：平衡吞吐量和延迟，JDK 9+ 默认。
- ZGC/Shenandoah：面向未来，适用于超大堆和亚毫秒级停顿。
选择合适的垃圾回收器需结合 应用性能需求（吞吐量、延迟）、堆内存大小 和 JDK 版本 综合评估。