JDK 8及以上版本主流垃圾回收器及项目实战指南

一、JDK垃圾回收器概述​

JDK的垃圾回收器（GC）负责自动回收堆内存中不再使用的对象，避免内存泄漏。不同GC适用于不同场景，核心差异在于吞吐量（单位时间处理请求数）、延迟（停顿时间）和内存占用。以下是JDK 8及以上版本的主流GC：

1. 串行垃圾回收器（Serial GC） ​

• 工作原理：单线程执行垃圾回收，回收时暂停所有应用线程（STW，Stop The World）。
• 适用场景：客户端应用（如桌面程序）、内存较小（≤100MB）的嵌入式系统。
• 启用参数：-XX:+UseSerialGC。

2. 并行垃圾回收器（Parallel GC） ​

• 工作原理：多线程并行回收，关注吞吐量（CPU用于用户代码的时间占比）。新生代用复制算法，老年代用标记-整理算法。

• 适用场景：服务器端高吞吐量应用（如批量数据处理、科学计算），能接受一定停顿时间。

• 关键参数：

  • -XX:+UseParallelGC：启用新生代Parallel GC；
  • -XX:+UseParallelOldGC：启用老年代Parallel Old GC；
  • -XX:MaxGCPauseMillis：设置最大停顿时间目标（毫秒）；
  • -XX:GCTimeRatio：设置垃圾回收时间占比（默认99，即≤1%）。

3. 并发标记清除垃圾回收器（CMS GC） ​

• 工作原理：以最短停顿时间为目标，分四阶段：初始标记（STW）→ 并发标记→ 重新标记（STW）→ 并发清除。允许GC线程与应用线程并发执行。

• 适用场景：对响应时间敏感的Web服务器、交互式应用（如电商前端）。

• 缺点：产生内存碎片，可能导致频繁Full GC。

• 关键参数：

  • -XX:+UseConcMarkSweepGC：启用CMS GC；
  • -XX:CMSInitialOccupancyFraction：老年代占用率达该百分比时触发CMS（默认68%）；
  • -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：Full GC后进行内存压缩（减少碎片）。

4. G1垃圾回收器（G1 GC） ​

• 工作原理：将堆划分为多个Region（大小1-32MB），优先回收“垃圾最多”的Region（Garbage First），兼顾吞吐量与延迟。新生代用复制算法，老年代用标记-整理算法。

• 适用场景：大内存（≥6GB）、低延迟应用（如微服务、大型电商系统），是JDK 9及以上的默认GC。

• 关键参数：

  • -XX:+UseG1GC：启用G1 GC；
  • -XX:MaxGCPauseMillis：设置最大停顿时间目标（默认200ms）；
  • -XX:G1HeapRegionSize：设置Region大小（2的幂次方，如4M）。

5. ZGC垃圾回收器​

• 工作原理：超低延迟（停顿时间≤10ms），采用着色指针（Colored Pointers）和读屏障（Load Barrier）技术，实现几乎并发的垃圾回收。
• 适用场景：对延迟极其敏感的应用（如金融交易系统、实时数据分析），支持TB级堆内存。
• 启用参数：-XX:+UseZGC（JDK 11+支持）。

6. Shenandoah GC​

• 工作原理：与ZGC类似，停顿时间与堆大小无关，通过并发复制算法减少停顿。
• 适用场景：红帽系JDK环境、超低延迟需求（如实时流处理）。

二、项目实战中如何选择与配置GC？ ​

GC的选择需结合应用场景、硬件资源和性能需求，以下是具体策略：

1. 根据应用场景选择​

• 客户端/嵌入式应用：选Serial GC（单线程开销小，适合小内存）。
• 高吞吐量服务器端：选Parallel GC（如批量任务、科学计算）。
• 低延迟Web应用：选G1 GC（默认，兼顾吞吐量与延迟）或CMS GC（适合旧系统）。
• 超大堆/实时应用：选ZGC（如金融交易、实时数据分析）。

2. 根据硬件资源选择​

• 小内存（≤1GB） ：选Serial GC（单线程更高效）。
• 大内存（≥6GB） ：选G1 GC或ZGC（并行/并发回收更能发挥多核优势）。

3. 关键配置参数​

• 堆内存设置：

  • -Xms：初始堆大小（建议与-Xmx相同，避免频繁扩容）；
  • -Xmx：最大堆大小（根据应用内存需求设置，如-Xmx4g）；
  • -Xmn：年轻代大小（建议为堆的1/3-1/2，如-Xmn2g）。

• GC日志：启用GC日志监控性能，如-Xlog:gc*（JDK 9+）或-XX:+PrintGCDetails（旧版本）。

4. 实战案例​

• 案例1：电商Web应用（大内存、低延迟） ​

  • 配置：-Xms8g -Xmx8g -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -Xlog:gc*
  • 说明：设置8GB堆内存，启用G1 GC，目标停顿时间100ms，输出GC日志用于调优。

• 案例2：金融交易系统（超低延迟） ​

  • 配置：-Xms16g -Xmx16g -XX:+UseZGC -Xlog:gc*
  • 说明：16GB堆内存，启用ZGC（停顿≤10ms），适合实时交易场景。

• 案例3：批量数据处理（高吞吐量） ​

  • 配置：-Xms4g -Xmx4g -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:GCTimeRatio=99
  • 说明：4GB堆内存，启用Parallel GC，优先保证吞吐量（垃圾回收时间≤1%）。

三、GC调优最佳实践​

1. 避免频繁Full GC：通过-XX:CMSInitialOccupancyFraction（CMS）或-XX:MaxGCPauseMillis（G1）调整触发阈值，减少Full GC次数。
2. 减少内存碎片：CMS启用-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection，G1通过标记-整理算法自动减少碎片。
3. 监控与调优：使用工具（如GCViewer、GCEasy）分析GC日志，重点关注停顿时间、回收频率和内存使用率，逐步调整参数。

总结​

JDK提供了多种GC，选择的核心是匹配应用场景：

• 小内存/客户端：Serial GC；
• 高吞吐量：Parallel GC；
• 低延迟：G1 GC（默认）/CMS GC；
• 超大堆/实时：ZGC。

实战中需结合硬件资源（内存、CPU）和性能需求（吞吐量、延迟），通过配置参数（如-Xmx、-XX:+UseG1GC）和监控（GC日志）优化性能。