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JVM 垃圾回收器

news 来源：原创 2025/7/20 3:29:30

以下是对主流 JVM 垃圾回收器的详细解析，涵盖 

一、Serial GC（单线程串行回收器）

二、Parallel GC（吞吐量优先回收器）

三、CMS（Concurrent Mark Sweep，低延迟回收器）

四、G1（Garbage-First，区域分代回收器）

五、ZGC（超低延迟回收器）

六、Shenandoah（OpenJDK 低延迟回收器）

 的核心机制、适用场景及横向对比，帮助理解不同垃圾回收器的设计哲学与性能特点。

一、Serial GC（单线程串行回收器）

核心机制
  • 算法：
    • 新生代：复制算法（Copying Algorithm），将存活对象从 Eden/Survivor 复制到另一块 Survivor。
    • 老年代：标记 - 整理算法（Mark-Compact），标记存活对象后压缩内存空间。
  • 执行特点：
    • 单线程：GC 时需 Stop The World（STW），暂停所有应用线程，全程由一条 GC 线程完成。
    • 简单高效：无线程切换开销，适合内存较小的环境。
关键参数
-XX:+UseSerialGC        # 启用 Serial GC（默认用于 Client 模式）
-XX:SurvivorRatio=8     # Eden:Survivor 比例（默认 8:1）
适用场景
  • 嵌入式设备或 单核心服务器（如小型桌面应用）。
  • 内存 < 1GB 的场景，STW 时间可控。
优缺点
优点缺点
简单可靠，无额外内存开销单线程导致 STW 时间较长
适合内存小的场景无法利用多核 CPU 优势

二、Parallel GC（吞吐量优先回收器）

核心机制
  • 算法：
    • 新生代：多线程复制算法，并行执行垃圾回收。
    • 老年代：多线程标记 - 整理算法（JDK 8 前为 Serial Old，JDK 9+ 为 Parallel Old）。
  • 执行特点：
    • 多线程并行：通过 -XX:ParallelGCThreads 设置线程数，利用多核 CPU 缩短 STW 时间。
    • 目标吞吐量：通过 -XX:GCTimeRatio 控制 GC 时间占比（默认 99%，即 GC 时间 ≤ 1%）。
关键参数
-XX:+UseParallelGC      # 启用 Parallel GC（默认用于 Server 模式）
-XX:MaxGCPauseMillis=100 # 目标最大停顿时间（毫秒，动态调整堆大小）
-XX:GCTimeRatio=99      # 吞吐量目标（1/(1+N)，N=99 即吞吐量 99%）
适用场景
  • 后台计算任务（如大数据处理、科学计算），优先保证吞吐量。
  • 堆内存中等大小（如 4-8GB），允许较短 STW 但需高持续处理能力。
优缺点
优点缺点
多线程提升吞吐量停顿时间仍随堆增大而增长
自动调优（自适应策略）无法满足低延迟需求

三、CMS（Concurrent Mark Sweep，低延迟回收器）

核心机制
  • 算法：
    • 标记 - 清除（Mark-Sweep）：老年代使用该算法，避免整理内存的 STW 开销。
    • 分代设计：新生代用 Parallel Scavenge（多线程复制），老年代用 CMS 并发回收。
  • 执行阶段（老年代）：
    1. 初始标记（STW）：标记根对象，耗时短。
    2. 并发标记：与应用线程并行标记可达对象。
    3. 重新标记（STW）：修正并发标记期间的变动，耗时短。
    4. 并发清除：与应用线程并行清除垃圾对象。
关键参数
-XX:+UseConcMarkSweepGC  # 启用 CMS GC
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 # 老年代占用 70% 时触发 GC
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled # 启用并行重新标记（减少 STW 时间）
适用场景
  • 交互式应用（如 Web 服务器、前端服务），需降低 STW 对用户体验的影响。
  • 堆内存较大（如 8-16GB），但对象存活率较高（老年代占比大）。
优缺点
优点缺点
老年代并发回收，STW 时间短标记 - 清除导致内存碎片
适合低延迟场景并发阶段占用 CPU 资源
分代设计提升回收效率可能触发 "Concurrent Mode Failure"（回收速度慢于分配速度）

四、G1（Garbage-First，区域分代回收器）

核心机制
  • 分区（Region）设计：
    • 将堆划分为大小相等的 Region（如 2MB-32MB），每个 Region 可动态扮演 Eden、Survivor、Old 或 Humongous（大对象）。
    • 优先回收价值高的区域：通过记录每个 Region 的垃圾占比，优先处理回收收益最大的区域（Garbage-First 得名）。
  • 算法：
    • 新生代：多线程复制算法，回收 Eden/Survivor 区域。
    • 老年代：并发标记 + 混合回收（部分 Old Region + 新生代），基于标记 - 整理算法。
执行阶段
  1. 初始标记（STW）：标记根对象。
  2. 并发标记：与应用线程并行标记可达对象。
  3. 最终标记（STW）：处理 SATB 日志（Snapshot At The Beginning，记录并发阶段新增引用）。
  4. 筛选回收（STW）：计算各 Region 回收收益，选择部分 Old Region 与新生代混合回收。
关键参数
-XX:+UseG1GC            # 启用 G1 GC
-XX:G1HeapRegionSize=4m # 设置 Region 大小（自动推算默认值）
-XX:MaxGCPauseMillis=200 # 目标最大停顿时间（默认 200ms）
-XX:G1MixedGCCountTarget=8 # 混合回收时最大 Region 数
适用场景
  • 大内存（8GB+） 且 需要兼顾吞吐量与低延迟 的场景（如微服务、中间件）。
  • 对象分配频率高（如新生代大对象多），或存在大量中等大小对象（避免进入 Humongous Region）。
优缺点
优点缺点
分区设计避免内存碎片内存占用高（每个 Region 需元数据）
可预测的停顿时间并发标记阶段耗 CPU 资源
混合回收应对老年代回收调优复杂度高于 CMS/Parallel

五、ZGC（超低延迟回收器）

核心机制
  • 着色指针（Colored Pointers）：
    • 将对象引用的低 4 位用于存储 GC 状态（如标记位、重映射状态），无需修改对象头，减少内存访问开销。
  • 读屏障（Load Barrier）：
    • 在读取对象引用时动态修正指针（如对象被移动到新 Region，通过读屏障获取新地址）。
  • 并发标记 - 整理：
    • 全程几乎无 STW（仅初始标记和再标记有极短停顿，通常 <1ms），支持 TB 级堆内存。
执行阶段
  1. 初始标记（STW）：标记根对象，耗时极短。
  2. 并发标记：与应用线程并行标记可达对象。
  3. 再标记（STW）：处理并发标记期间的引用变动，耗时极短。
  4. 并发转移：移动存活对象到新 Region，通过读屏障修正所有引用。
关键参数
-XX:+UseZGC              # 启用 ZGC（JDK 11+）
-XX:ZHeapMaxSize=8t      # 最大堆内存（支持 TB 级）
-XX:ZCollectionInterval=1000 # 强制 GC 间隔（毫秒，避免碎片累积）
适用场景
  • 超大堆内存（16GB-8TB）且 对延迟敏感 的场景（如金融交易、实时数据处理）。
  • 云原生环境（如 Kubernetes 弹性扩缩容），需快速启动和低停顿。
优缺点
优点缺点
停顿时间 <10ms，几乎无感知吞吐量略低于 G1（约 95%）
支持动态堆大小调整仅 JDK 11+ 可用，需谨慎适配
分代设计（JDK 15+）提升年轻代回收效率

六、Shenandoah（OpenJDK 低延迟回收器）

核心机制
  • 转发指针（Forwarding Pointer）：
    • 在对象头中添加指针，指向对象的新地址（移动后通过该指针修正引用）。
  • 布鲁姆过滤器（Bloom Filter）：
    • 快速判断对象是否已被移动，减少无效的指针扫描，提升并发性能。
  • 并发标记 - 复制：
    • 与 ZGC 类似，全程并发执行，仅初始标记和最终标记有短暂 STW。
执行阶段
  1. 初始标记（STW）：标记根对象。
  2. 并发标记：与应用线程并行标记可达对象。
  3. 最终标记（STW）：处理漏标的对象，耗时短。
  4. 并发回收：移动存活对象到新 Region，通过转发指针更新引用。
关键参数
-XX:+UseShenandoahGC     # 启用 Shenandoah（OpenJDK 12+）
-XX:ShenandoahGCMode=主动/被动 # 触发模式（主动模式基于内存阈值，被动响应分配压力）
-XX:MaxGCPauseMillis=10  # 目标停顿时间（默认 10ms）
适用场景
  • 大内存（8GB-2TB）且 需要 OpenJDK 原生支持 的场景（如开源项目、非商业环境）。
  • 对吞吐量要求中等，但需严格控制延迟的应用（如消息中间件、实时分析系统）。
优缺点
优点缺点
停顿时间与 ZGC 相当吞吐量低于 G1（约 90%）
内存占用低（转发指针仅占对象头）商业 JDK 需授权（OpenJDK 免费）
社区活跃，适配性强调优参数较多，需深入理解机制

七、横向对比表格

维度Serial GCParallel GCCMSG1ZGCShenandoah
设计目标简单单线程高吞吐量低延迟（老年代）平衡吞吐量与延迟超低延迟（TB 级）超低延迟（OpenJDK）
堆大小推荐小（<1GB）中等（4-8GB）中大（8-16GB）大（8GB+）超大（16GB+）大（8GB-2TB）
STW 时间长中等短（老年代并发）可控（<500ms）极短（<10ms）极短（<10ms）
算法核心复制 + 标记整理并行复制 + 整理并发标记 - 清除分区 + 混合回收着色指针 + 并发整理转发指针 + 并发复制
适用场景嵌入式 / 单核心后台计算Web 服务微服务 / 中间件金融 / 实时数据开源 / OpenJDK 环境
JDK 版本全版本全版本JDK 1.4+JDK 7+JDK 11+OpenJDK 12+
典型参数-XX:+UseSerialGC-XX:+UseParallelGC-XX:+UseConcMarkSweepGC-XX:+UseG1GC-XX:+UseZGC-XX:+UseShenandoahGC

八、选择建议

  1. 小内存 / 简单场景：
    • 优先选 Serial GC（单核心）或 Parallel GC（多核、需吞吐量）。
  2. 中等内存 / 低延迟需求：
    • 选 CMS（老年代对象多）或 G1（对象分配频繁、需分代回收）。
  3. 大内存 / 超低延迟：
    • 商业场景选 ZGC（JDK 11+，Oracle/OpenJDK）；
    • 开源场景选 Shenandoah（OpenJDK 12+，避免授权问题）。
  4. 云原生 / 弹性扩缩容：
    • 优先 ZGC（支持动态堆调整和超大内存）。

九、发展趋势

  • ZGC/Shenandoah 主导未来：逐步替代 G1 成为大内存场景的默认选择。
  • 分代与并发结合：如 ZGC 支持分代（JDK 15+），提升年轻代回收效率。
  • 硬件协同优化：利用 CPU 特性（如 AMD 的 MMU 分页）加速 GC 指针操作。

通过理解不同垃圾回收器的设计 trade-off，可根据具体业务需求（吞吐量、延迟、内存大小）选择最优方案，或通过组合参数（如 G1 的 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent）进一步调优。

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编程日记 2025/7/4 13:44:53

MAC常用操作整理

音量方法&#xff1a; 电脑键盘的右上角就有静音和不静音的按钮&#xff0c;还有调节音量的按钮&#xff0c;调节屏幕亮度的按钮 切换输入法方法&#xff1a; 1.大写按键&#xff0c;2.function按键(fn), 3.control 空格键, 选择上一个输入法&#xff0c;4.controloption空格…...

编程日记 2025/7/5 11:24:09

【Canvas与图标】圆角方块蓝星CSS图标

【成图】 120*120的png图标 大小图&#xff1a; 【代码】 <!DOCTYPE html> <html lang"utf-8"> <meta http-equiv"Content-Type" content"text/html; charsetutf-8"/> <head><title>圆角方块蓝星CSS Draft1</…...

编程日记 2025/7/14 5:45:09

易境通散货拼柜系统：提高货代企业货物配载效率

在国际物流代理运输领域&#xff0c;货物配载是整个供应链的核心环节&#xff0c;其优化对于提升整个供应链的效率至关重要。传统的配载管理方式往往依赖人工操作&#xff0c;不仅效率低下&#xff0c;还容易出现错误。面对多订单、多货主、多目的地的复杂场景&#xff0c;传统…...

编程日记 2025/7/4 13:44:25

[Spring Boot]整合Java Mail实现Outlook发送邮件

日常开发过程中，我们经常需要使用到邮件发送任务，比方说验证码的发送、日常信息的通知等。日常比较常用的邮件发送方包括：163、QQ等，本文主要讲解Outlook SMTP的开启方式、OutLook STARTTTL的配置、如何通过JavaMail来实现电子邮件的发送等。 Outlook作为微软提供的企业电子…...

编程日记 2025/7/4 17:35:56

【盈达科技】GEO优化实战策略

提升内容在生成式引擎中的可见性&#xff1a;实战策略 随着生成式引擎&#xff08;Generative Engines, GEs&#xff09;的兴起&#xff0c;内容创作者面临着新的挑战和机遇。这些引擎通过整合和总结多源信息来提供精准且个性化的回答&#xff0c;正在迅速取代传统搜索引擎。为…...

编程日记 2025/7/1 22:19:53

HTTP 协议基础

本篇文章会从如下角度介绍 HTTP 协议&#xff1a; 原理与工作机制请求方法与状态码Header 与 Body 1、原理与工作机制 1.1 HTTP 是什么 HyperText Transfer Protocol&#xff0c;超文本传输协议&#xff0c;"超"表示扩展而非超级&#xff0c;即可以链接到其他文本…...

编程日记 2025/7/1 22:19:51

ros运行包，Ubuntu20.04成功运行LIO-SAM

zz:~/lio_sam_ws$ source devel/setup.bash zz:~/lio_sam_ws$ roslaunch lio_sam run.launch 创建包链接&#xff1a; 链接1&#xff1a;Ubuntu20.04成功运行LIO-SAM_ubuntu20.04运行liosam-CSDN博客 链接2&#xff1a;ubuntu 20.04 ROS 编译和运行 lio-sam,并且导出PCD文件…...

编程日记 2025/7/1 22:19:49

Linux《自主Shell命令行解释器》

在上一篇的进程控制当中我们已经了解了进程退出、进程等待以及进程替换的相关概念&#xff0c;那么在了解了这些的概念之后接下来在本篇当中我们就可以结合之前我们学习的知识来实现一个自主的Shell命令行解释器&#xff0c;通过Shell的实现能让我们进一步的理解操作系统当中的…...

编程日记 2025/7/20 0:42:03

设置IDEA打开新项目使用JDK17

由于最近在学习Spring-AI&#xff0c;所以JDK8已经不适用了&#xff0c;但是每次创建新项目都还是JDK8&#xff0c;每次调来调去很麻烦 把Projects和SDKs都调整为JDK17即可 同时&#xff0c;Maven也要做些更改&#xff0c;主要是添加build标签 <build><plugins>&…...

编程日记 2025/7/1 22:19:45

Vue百日学习计划Day36-42天详细计划-Gemini版

总目标: 在 Day 36-42 理解组件化开发的思想&#xff0c;熟练掌握 Vue 组件的注册、Props、Events、v-model、Slots、Provide/Inject 等核心概念和实践&#xff0c;能够构建可复用和易于维护的组件结构。 所需资源: Vue 3 官方文档 (组件基础): https://cn.vuejs.org/guide/es…...

编程日记 2025/7/4 13:45:23

Python对JSON数据操作

在Python中&#xff0c;对JSON数据进行增删改查及加载保存操作&#xff0c;主要通过内置的json模块实现。 一、基础操作 1. 加载JSON数据 • 从文件加载 使用json.load()读取JSON文件并转换为Python对象&#xff08;字典/列表&#xff09;&#xff1a; import json with open…...

编程日记 2025/7/4 17:29:26