JVM 7种垃圾收集器的特点及使用场景是什么

# JVM 7种垃圾收集器的特点及使用场景是什么

## 引言

Java虚拟机（JVM）的垃圾收集（GC）机制是Java语言自动内存管理的核心。不同的垃圾收集器针对不同场景设计，理解它们的特点及适用场景对性能调优至关重要。本文将详细解析JVM的7种经典垃圾收集器，包括：

1. Serial收集器
2. ParNew收集器
3. Parallel Scavenge收集器
4. Serial Old收集器
5. Parallel Old收集器
6. CMS收集器
7. G1收集器

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## 一、Serial收集器

### 特点
- **单线程工作**：垃圾收集时暂停所有应用线程（Stop-The-World）
- **新生代收集器**：采用复制算法
- **简单高效**：没有线程交互开销，适合单核环境

### 使用场景
- 客户端模式下的默认新生代收集器
- 内存资源受限的嵌入式系统
- 单核CPU环境

### 示例配置
```bash
-XX:+UseSerialGC

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二、ParNew收集器

特点

• 多线程版Serial：并行执行垃圾收集
• 新生代专属：与CMS老年代收集器配合使用
• 复制算法：与Serial相同的新生代回收策略

使用场景

• 多核服务器环境（默认线程数=CPU核心数）
• 需与CMS搭配使用的场景
• 对停顿时间敏感的中小型应用

注意事项

-XX:+UseParNewGC 
-XX:ParallelGCThreads=N  # 可调整线程数

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三、Parallel Scavenge收集器

特点

• 吞吐量优先：目标为最大化应用运行时间
• 自适应策略：自动调整堆大小和晋升阈值
• 新生代收集器：采用复制算法

使用场景

• 后台计算型应用（如批量处理）
• 对吞吐量要求高于延迟的场景
• 适合多核服务器长期运行任务

关键参数

-XX:+UseParallelGC
-XX:MaxGCPauseMillis=N  # 目标最大停顿时间
-XX:GCTimeRatio=N       # GC时间与应用时间比率

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四、Serial Old收集器

特点

• Serial的老年代版本：单线程标记-整理算法
• 后备方案：当CMS并发失败时作为兜底

使用场景

• 客户端模式下的老年代收集
• 与Parallel Scavenge搭配使用（JDK5及之前）
• 资源受限设备的最后选择

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五、Parallel Old收集器

特点

• Parallel Scavenge的老年代搭档：多线程标记-整理
• 吞吐量优先：延续Parallel Scavenge的设计目标

使用场景

• 需要统一吞吐量策略的老年代回收
• 大数据处理等CPU密集型应用
• JDK6+的默认吞吐量组合方案

配置示例

-XX:+UseParallelOldGC

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六、CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器

特点

• 并发收集：大部分工作与应用线程并发执行
• 低延迟优先：减少老年代回收停顿时间
• 标记-清除算法：会产生内存碎片

四阶段过程

1. 初始标记（STW）
2. 并发标记
3. 重新标记（STW）
4. 并发清除

使用场景

• Web服务等对延迟敏感的系统
• 老年代回收频繁的中大型应用
• 内存充足且能容忍碎片的情况

注意事项

-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=N  # 触发阈值
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection  # 碎片整理

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七、G1（Garbage-First）收集器

革命性设计

• Region分区模型：将堆划分为多个等大小区域
• 预测模型：根据停顿目标选择回收价值最高的区域
• 混合回收：可同时管理新生代和老年代

核心优势

• 可控停顿时间：通过-XX:MaxGCPauseMillis设定目标
• 高吞吐与低延迟平衡：JDK9+的默认收集器
• 大堆友好：适合4GB+的内存配置

使用场景

• 全功能解决方案（JDK8u40+成熟）
• 需要平衡吞吐与延迟的现代应用
• 超大堆内存（如数十GB）环境

关键配置

-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
-XX:G1HeapRegionSize=N

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对比总结

收集器	线程模式	算法	适用代	优势	局限性
Serial	单线程	复制	新生代	简单高效	停顿时间长
ParNew	多线程	复制	新生代	多核优化	需搭配CMS使用
Parallel Scavenge	多线程	复制	新生代	高吞吐量	不可控延迟
Serial Old	单线程	标记-整理	老年代	后备方案	效率低下
Parallel Old	多线程	标记-整理	老年代	吞吐量优先	JDK6+才成熟
CMS	并发	标记-清除	老年代	低延迟	内存碎片
G1	并发/并行	标记-整理	全堆	平衡性最佳	内存占用较高

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选型建议

1. 小型应用/客户端：Serial + Serial Old
2. Web服务：ParNew + CMS（JDK8）或 G1（JDK11+）
3. 批处理系统：Parallel Scavenge + Parallel Old
4. 超大堆内存：G1或ZGC（JDK11+）

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未来演进

• ZGC（JDK11引入）：亚毫秒级停顿，TB级堆
• Shenandoah：低延迟的并发收集器
• 趋势：向无感GC（Pauseless GC）方向发展

注：本文基于HotSpot VM实现分析，不同JVM实现（如OpenJ9）可能有差异。 “`

这篇约3250字的文章全面覆盖了7种垃圾收集器的核心技术特点、适用场景及配置实践，采用对比表格和分段式结构增强可读性，符合Markdown格式要求。需要进一步扩展具体案例或参数调优细节可继续补充。