JVM中有几种GC算法

# JVM中有几种GC算法 ## 引言 在Java虚拟机(JVM)中，垃圾回收(GC)是自动内存管理的核心机制。不同的GC算法针对不同场景设计，理解这些算法对性能调优至关重要。本文将系统介绍JVM中的主要GC算法及其实现原理。 ## 一、基础GC算法分类 ### 1. 标记-清除算法（Mark-Sweep） **实现原理：** 1. 标记阶段：从GC Roots出发遍历对象图，标记存活对象 2. 清除阶段：线性遍历堆内存，回收未标记对象占用的空间 **特点：** - 会产生内存碎片 - 执行效率与存活对象数量正相关 - 典型实现：CMS收集器的老年代回收 ### 2. 标记-整理算法（Mark-Compact） **改进点：** 在标记完成后，将所有存活对象向内存一端移动 **优势：** - 解决内存碎片问题 - 适合对象存活率高的场景 **缺点：** - 移动对象成本高 - 需要暂停应用线程（Stop-The-World） ### 3. 复制算法（Copying） **工作原理：** 将内存分为大小相等的两块，每次只使用其中一块。当进行GC时： 1. 将存活对象复制到另一块内存 2. 清空当前使用的内存块 **特点：** - 无内存碎片问题 - 空间利用率只有50% - 适合对象存活率低的场景（如新生代） ## 二、分代收集理论 现代JVM普遍采用分代收集策略，将堆划分为不同区域： ### 1. 新生代（Young Generation） - 特点：对象生命周期短，GC频繁 - 使用算法：复制算法（Survivor区设计） - 具体实现： - Serial收集器 - ParNew收集器 - Parallel Scavenge收集器 ### 2. 老年代（Old Generation） - 特点：对象存活时间长 - 使用算法： - 标记-清除（CMS） - 标记-整理（Serial Old, Parallel Old） - 触发条件：Major GC/Full GC ## 三、主流GC实现方案 ### 1. Serial收集器 - 单线程STW收集 - 新生代：复制算法 - 老年代：标记-整理 - 适用场景：客户端模式 ### 2. Parallel收集器 - 多线程并行收集 - 吞吐量优先 - 包含： - Parallel Scavenge（新生代） - Parallel Old（老年代） ### 3. CMS收集器（Concurrent Mark-Sweep） **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 **特点：** - 低延迟优先 - 使用标记-清除算法 - 内存碎片问题 ### 4. G1收集器（Garbage-First） **革新性设计：** - 将堆划分为多个Region（默认2048个） - 预测停顿时间模型 - 混合收集模式 **执行流程：** 1. 初始标记 2. 并发标记 3. 最终标记 4. 筛选回收 ### 5. ZGC收集器（JDK11+） **关键技术：** - 着色指针（Colored Pointers） - 读屏障（Load Barrier） - 并发整理 - 目标：亚毫秒级停顿 ### 6. Shenandoah收集器 **特点：** - 并发压缩算法 - 与应用程序线程并发执行 - 低延迟优先 ## 四、算法对比分析 | 算法类型 | 吞吐量 | 停顿时间 | 内存占用 | 适用场景 | |----------------|--------|----------|----------|--------------------| | Serial | 中 | 长 | 低 | 客户端应用 | | Parallel | 高 | 中 | 中 | 后台计算 | | CMS | 中 | 短 | 高 | Web服务 | | G1 | 中高 | 可预测 | 较高 | 大内存服务 | | ZGC/Shenandoah | 中 | 极短 | 高 | 低延迟要求严格场景 | ## 五、选择策略建议 1. **吞吐量优先**：Parallel Scavenge + Parallel Old 2. **延迟敏感**：CMS（JDK8及之前）或 G1（JDK9+） 3. **超大堆内存**：G1或ZGC 4. **极致低延迟**：ZGC/Shenandoah（JDK11+） ## 六、最新发展趋势 1. **无分代收集**：ZGC等新一代收集器尝试取消分代假设 2. **异构内存**：针对NVM等新型硬件的GC优化 3. **调优**：基于机器学习的自动参数调整 ## 结语 JVM的GC算法经历了从基础理论到工程实践的持续演进。理解不同算法的核心原理和适用场景，是进行JVM调优的基础。随着硬件发展和新需求的涌现，未来必将出现更先进的GC实现方案。 > 注：本文基于JDK17 LTS版本，部分收集器（如Serial/Parallel）在最新版本中已被标记为废弃。 

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