Java 中的垃圾回收器随着 JDK 版本的演进不断发展，不同版本支持的垃圾回收器也有所不同。

Serial GC

• JDK 版本: 所有 JDK 版本
• 作用位置: 新生代
• 算法: 标记-复制算法
• 原理: 单线程进行垃圾回收，暂停所有其他线程。 标记存活对象，将存活对象复制到另一个空间，清理原空间。
• 使用场景: 客户端应用或内存较小的应用，简单高效。
• 使用注意事项: 停顿时间长，不适合对响应时间要求高的应用。
• 参数调优:
• -XX:+UseSerialGC: 开启 Serial GC
• -Xms: 设置堆内存初始大小
• -Xmx: 设置堆内存最大大小

ParNew GC

• JDK 版本: 所有 JDK 版本 (JDK 9 之后被标记为废弃)
• 作用位置: 新生代
• 算法: 标记-复制算法
• 原理: Serial GC 的多线程版本，并行进行垃圾回收。
• 使用场景: 与 CMS GC 搭配使用，作为 CMS GC 的新生代垃圾收集器。
• 使用注意事项: 停顿时间较 Serial GC 短，但仍会暂停所有其他线程。
• 参数调优:
• -XX:+UseParNewGC: 开启 ParNew GC
• -XX:ParallelGCThreads: 设置并行垃圾回收线程数

Parallel GC

• JDK 版本: 所有 JDK 版本
• 作用位置: 新生代
• 算法: 标记-复制算法
• 原理: 与 ParNew GC 类似，但更加关注吞吐量。
• 使用场景: 注重吞吐量的多核服务器应用。
• 使用注意事项: 会暂停所有其他线程，停顿时间较长。
• 参数调优:
• -XX:+UseParallelGC: 开启 Parallel GC
• -XX:ParallelGCThreads: 设置并行垃圾回收线程数
• -XX:MaxGCPauseMillis: 设置最大垃圾回收停顿时间

SerialOld GC

• JDK 版本: 所有 JDK 版本
• 作用位置: 老年代
• 算法: 标记-整理算法
• 原理: Serial GC 的老年代版本，单线程进行垃圾回收，标记存活对象，将存活对象整理到空间的一端，清理剩余空间。
• 使用场景: 与 Serial GC 搭配使用，或作为 CMS GC 发生 Concurrent Mode Failure 时的备用方案。
• 使用注意事项: 停顿时间长，不适合对响应时间要求高的应用。
• 参数调优: 无特殊参数

ParallelOld GC

• JDK 版本: JDK 5 update 6 引入
• 作用位置: 老年代
• 算法: 标记-整理算法
• 原理: Parallel GC 的老年代版本，多线程进行垃圾回收。
• 使用场景: 注重吞吐量且需要有效利用多核 CPU 资源的应用程序。
• 使用注意事项: 会暂停所有其他线程，停顿时间较长。
• 参数调优:
• -XX:+UseParallelOldGC: 开启 Parallel Old GC

CMS GC(ConcurrentMarkSweep)

• JDK 版本: JDK 1.4 引入，JDK 9 标记为废弃，JDK 14 移除
• 作用位置: 老年代
• 算法: 标记-清除算法
• 原理: 并发标记清除垃圾回收器，可以与应用程序并发执行，降低垃圾回收停顿时间。包括初始标记、并发标记、重新标记、并发清除等阶段。CMS 收集器在大部分时间与应用程序并发执行，只有在初始标记和重新标记阶段会有短暂的停顿。在老年代进行并发标记和并发清除，减少了垃圾回收对应用程序的影响。
• 使用场景: 以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。它在老年代进行垃圾回收，追求低停顿，适用于对响应时间要求较高的应用。
• 使用注意事项:
• 无法处理浮动垃圾：在并发清理阶段，应用程序仍然在运行，会产生新的垃圾，这些垃圾被称为“浮动垃圾”，CMS 无法在本次 GC 中处理它们，只能留到下次 GC 处理
• CPU 资源敏感：CMS 收集器会占用一部分 CPU 资源，可能导致应用程序性能下降
• 产生内存碎片：由于 CMS 收集器是基于标记-清除算法，会导致内存碎片化，可能引发 Full GC
• 参数调优:
• -XX:+UseConcMarkSweepGC: 开启 CMS GC
• -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction: 设置老年代空间使用率达到多少时开始 CMS GC(堆占用率阈值)
• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection: 在 Full GC 后进行内存碎片整理

G1 GC(Garbage-First)

• JDK 版本: JDK 6 update 14 引入，JDK 9 成为默认垃圾回收器
• 作用位置: 新生代和老年代
• 算法: 标记-复制算法 (新生代) + 标记-整理算法 (老年代)
• 原理: 将堆内存划分为多个 Region，优先回收垃圾最多的 Region。使用标记-复制算法清理新生代，使用标记-整理算法清理老年代。
• 使用场景: 较大堆内存的应用，对停顿时间有一定要求。大内存应用： G1 适合堆内存较大的应用，例如几 GB 或几十 GB。停顿时间敏感应用： 对于需要低延迟和可预测停顿时间的应用，G1 是理想选择。
• 使用注意事项: 需要较多的 CPU 资源，G1 需要更多的 CPU 和内存资源来维护 Region 信息和执行并发操作。
• 优点：可预测的停顿时间： G1 致力于满足用户设定的停顿时间目标，通过增量收集和并发标记阶段实现更可控的停顿时间。高效的空间利用： G1 将堆划分为多个区域 (Region)，并优先收集垃圾最多的区域，有效利用空间并减少碎片化。并行与并发： G1 利用多线程并行执行垃圾收集，同时部分阶段与应用程序并发执行，降低停顿时间。适应性强： G1 能适应不同的堆大小和应用程序，无需过多手动调优。
• 参数调优:
• -XX:+UseG1GC: 开启 G1 GC
• -XX:MaxGCPauseMillis: 设置最大垃圾回收停顿时间(默认值 200ms)，需要注意的是，设置过低的停顿时间目标可能会导致吞吐量下降。
• -XX:G1HeapRegionSize: 设置 Region 大小(1M - 32M) JVM 会尝试将堆内存分割成约 2048 个 Region，Region 大小并非固定不变，JVM 会根据运行情况动态调整。通常情况下(默认1M)，无需手动设置 Region 大小，Region 的默认大小取决于堆内存的总大小。但如果应用程序分配大量大对象，可以考虑增加 Region 大小，以避免频繁的 Humongous 分配。虑使用 G1 的 Humongous 分配策略，例如 -XX:G1HeapWastePercent 和 -XX:G1MixedGCCountTarget
• -XX:ConcGCThreads ：设置并发标记线程数，通常设置为并行垃圾回收线程数的 1/4，可根据 CPU 核心数适当调整，提高并发处理能力。
• -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent ：设置触发并发标记的堆内存占用百分比，默认值为 45%

ZGC(ZGarbageCollector)

• JDK 版本: JDK 11 引入
• 作用位置: 新生代和老年代
• 算法: 基于指针着色的并发整理算法
• 原理: 可扩展的低延迟垃圾收集器，使用着色指针和读屏障技术，并发进行标记、转移和重定位等操作。
• 使用场景: 超大堆内存的应用，对停顿时间要求极高。如果你正在开发需要管理大量数据，并且对响应时间要求极高的应用程序，ZGC 是一个值得考虑的选择。
• 优势：可扩展性: ZGC 能够有效地处理超大堆内存，官方宣称可以支持 TB 级别的堆内存，而且停顿时间不会随着堆的大小增加而显著增长。这使得它非常适合需要管理大量数据的应用程序，例如大数据处理、机器学习和内存数据库等。
  低延迟: ZGC 的首要目标是低延迟，它通过并发执行大部分垃圾回收操作，将停顿时间控制在毫秒级别，即使是 TB 级别的堆内存也能保持稳定的低延迟。 这对于对响应时间要求极高的应用程序至关重要，例如金融交易系统、实时数据处理和高频交易等。
  并发处理: ZGC 的大部分操作都是并发执行的，这意味着垃圾回收过程与应用程序线程同时进行，不会造成长时间的停顿。 这提高了应用程序的吞吐量和响应速度，并提供更流畅的用户体验。
  有效避免内存碎片: ZGC 采用基于 Region 的内存管理方式，并支持并发整理，能够有效地避免内存碎片问题。 这确保了大对象的分配不会受到阻碍，并提高了内存利用率。
• 缺点：吞吐量: ZGC 为了实现低延迟，牺牲了一部分吞吐量，在相同硬件条件下，吞吐量可能略低于 G1 垃圾回收器。
  CPU 资源消耗: ZGC 的并发处理需要消耗一定的 CPU 资源，在大规模应用中需要考虑 CPU 资源的充足性。
  成熟度: 相比于 CMS 和 G1 等垃圾回收器，ZGC 仍然是一个相对较新的技术，成熟度和稳定性可能略逊一筹
• 使用注意事项: 需要较新的 JDK 版本
• 参数调优:
• -XX:+UseZGC: 开启 ZGC

Shenandoah GC

• JDK 版本: JDK 12 引入
• 作用位置: 新生代和老年代
• 算法: 基于Brooks指针转发技术的并发整理算法
• 原理: 使用转发指针和读屏障技术，并发进行标记、转移和重定位等操作。
• 使用场景: 对停顿时间要求极高，并且希望减少垃圾收集对应用程序吞吐量影响的场景。
• 使用注意事项: 需要较新的 JDK 版本
• 参数调优:
• -XX:+UseShenandoahGC: 开启 Shenandoah GC

垃圾回收算法对比

资料参考

《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》 - 作者：周志明

《2024年最值得收藏的JVM学习路线》
https://javabetter.cn/xuexiluxian/java/jvm.html