【JVM】3、垃圾收集器如何选选择

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JVM垃圾收集器概述

JVM提供了多种垃圾收集器(GC)，每种都有其特点和适用场景。以下是主流垃圾收集器的使用指南：

  1. ​小型应用​：Serial GC
  2. ​吞吐量优先​：Parallel GC
  3. ​延迟敏感​：G1 GC或ZGC/Shenandoah
  4. ​超大堆​：G1 GC(JDK8)或ZGC(JDK15+)
  5. ​最新技术​：ZGC或Shenandoah

注意：不同JDK版本支持的GC可能不同，建议根据具体JDK版本和应用程序特性选择合适的收集器。

1. Serial收集器

​特点​：

  • 单线程收集器
  • 适用于客户端模式
  • 使用标记-复制算法(新生代)和标记-整理算法(老年代)

​使用方式​：

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复制
-XX:+UseSerialGC

​适用场景​：

  • 单核CPU环境
  • 小型应用
  • 客户端应用

2. Parallel/Throughput收集器

​特点​：

  • 多线程并行收集
  • 关注吞吐量
  • 新生代使用标记-复制，老年代使用标记-整理

​使用方式​：

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复制
-XX:+UseParallelGC
-XX:+UseParallelOldGC

​适用场景​：

  • 多核服务器
  • 注重吞吐量的应用
  • 批处理任务

3. CMS(Concurrent Mark-Sweep)收集器

​特点​：

  • 并发标记清除
  • 低停顿时间
  • 使用标记-清除算法

​使用方式​：

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复制
-XX:+UseConcMarkSweepGC

​适用场景​：

  • 重视响应时间的应用
  • 中等规模堆内存(2-4GB)
  • 老年代收集

4. G1(Garbage-First)收集器

​特点​：

  • 分区域收集
  • 可预测停顿时间
  • 标记-整理算法

​使用方式​：

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复制
-XX:+UseG1GC

​适用场景​：

  • 大堆内存(6GB以上)
  • 需要平衡吞吐量和延迟
  • JDK9+默认收集器

5. ZGC收集器

​特点​：

  • 超低延迟(10ms以下)
  • 可扩展至TB级堆
  • 并发收集

​使用方式​：

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复制
-XX:+UseZGC

​适用场景​：

  • 超大堆内存应用
  • 对延迟极度敏感的应用
  • JDK15+生产可用

6. Shenandoah收集器

​特点​：

  • 低暂停时间
  • 并发压缩
  • 与ZGC类似但实现不同

​使用方式​：

-XX:+UseShenandoahGC

​适用场景​：

  • 需要低延迟的应用
  • OpenJDK发行版

常见的垃圾回收算法

JVM（Java Virtual Machine）中的垃圾回收（Garbage Collection, GC）是自动内存管理机制的一部分，主要用于回收不再使用的对象所占用的内存空间。常见的垃圾回收算法主要包括以下几种：

1. 标记-清除算法（Mark-Sweep）

  • 原理：
    • 标记阶段：从根节点开始遍历对象图，标记所有可达的对象为存活对象。
    • 清除阶段：遍历整个堆，将未被标记的对象回收。
  • 优点：实现简单。
  • 缺点：
    • 会产生内存碎片，可能导致分配大对象时无法找到连续的空间。
    • 清除过程中需要暂停应用线程（Stop-The-World）。

2. 复制算法（Copying）

  • 原理：
    • 将内存划分为两个相等的区域（From 和 To）。
    • 每次只使用其中一个区域（From），当该区域满时，将存活的对象复制到另一个区域（To），然后清空原区域。
  • 优点：
    • 解决了内存碎片问题。
    • 实现高效，适合年轻代（Young Generation）中大量短命对象的回收。
  • 缺点：
    • 内存利用率较低，因为只能使用一半的内存空间。

3. 标记-整理算法（Mark-Compact）

  • 原理：
    • 标记阶段：与标记-清除算法相同，标记所有存活对象。
    • 整理阶段：将所有存活对象向一端移动，然后清理掉边界外的内存。
  • 优点：
    • 避免了内存碎片问题。
    • 提高了内存利用率。
  • 缺点：
    • 整理阶段增加了额外的开销。

4. 分代收集算法（Generational Collection）

  • 原理：
    • 将堆内存划分为不同的代（Generation），通常分为年轻代（Young Generation）和老年代（Old Generation）。
    • 年轻代使用复制算法，主要处理短命对象。
    • 老年代使用标记-清除或标记-整理算法，处理长命对象。
  • 优点：
    • 根据对象生命周期的不同特点选择合适的算法，提高了GC效率。
    • 减少了全局GC的频率。
  • 常见实现：
    • Serial GC：单线程GC，适用于小型应用。
    • Parallel Scavenge GC：多线程GC，适用于吞吐量优先的应用。
    • CMS（Concurrent Mark Sweep） GC：以最短停顿时间为目标的GC，适用于响应时间敏感的应用。
    • G1（Garbage First） GC：将堆划分为多个大小相等的Region，优先回收垃圾最多的Region，适用于大堆内存应用。

5. 增量收集算法（Incremental Collection）

  • 原理：
    • 将一次完整的GC过程分成多个小步骤，交替执行GC和应用程序线程，减少单次停顿时间。
  • 优点：
    • 降低了长时间停顿对应用的影响。
  • 缺点：
    • 实现复杂度较高，且可能引入额外的性能开销。

6. 分区收集算法（Region-based Collection）

  • 原理：
    • 将堆内存划分为多个独立的Region（如G1 GC中的Region），每个Region可以独立进行GC。
  • 优点：
    • 可以灵活控制GC的粒度，减少全局GC的频率。
    • 支持并行和并发GC操作，提升性能。
  • 典型实现：
    • G1 GC 是分区收集算法的典型代表。

总结

算法名称适用场景主要优点主要缺点
标记-清除老年代简单易实现内存碎片化
复制年轻代无内存碎片内存利用率低
标记-整理老年代无内存碎片，内存利用率高整理阶段开销大
分代收集通用场景提高GC效率实现复杂
增量收集对响应时间敏感的应用减少单次停顿时间实现复杂，性能开销大
分区收集大堆内存应用灵活控制GC粒度，减少全局GC实现复杂

在实际应用中，JVM会根据堆的大小、对象生命周期的特点以及应用的需求选择合适的垃圾回收算法。例如，G1 GC结合了分代收集和分区收集的优点，适用于大堆内存和低延迟要求的应用场景。

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