拆解 CMS/G1/ZGC 三种垃圾回收器算法过程
🔍 一、CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾收集器
✅ 目标：
低延迟（Low Pause），适合对响应时间要求高的应用（如 Web 服务）
⚙️ 使用的算法：
-
新生代：复制算法
-
老年代：标记 - 清除算法
🔁 GC 执行过程：
| 阶段 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| 1. 初始标记（Initial Mark） | STW | 标记 GC Roots 直接可达对象，速度快 |
| 2. 并发标记（Concurrent Mark） | 并发 | 跟踪 GC Roots 的引用链，找出存活对象 |
| 3. 预清理（Preclean） | 并发 | 处理 Minor GC 期间产生的对象变化 |
| 4. 重新标记（Remark） | STW | 再次暂停，修正并发标记阶段遗漏的数据 |
| 5. 并发清除（Concurrent Sweep） | 并发 | 清理不可达对象，释放内存 |
| 6. 重置（Reset） | 并发 | 重新准备数据结构 |
⚠️ 缺点：
-
无法整理内存，可能出现碎片
-
需要暂停两次（Initial Mark 和 Remark）
-
线程并发期间，会影响吞吐量
面试答题：
CMS 是一种以低停顿为目标的垃圾收集器，采用标记-清除算法进行老年代回收。它通过初始标记、并发标记、重新标记和并发清除阶段完成回收，优点是大部分时间与应用线程并发运行，适合对响应延迟敏感的系统。但缺点是内存碎片问题严重，容易导致 Full GC 频繁发生。
🧩 二、G1（Garbage First）垃圾收集器
✅ 目标：
高吞吐 + 可预测低延迟，JDK 9+ 默认垃圾收集器
⚙️ 使用的算法：
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新生代：复制
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老年代：标记-整理
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全区：Region + 分代 + 指令式分区压缩
🔁 GC 执行过程（按区 Region 回收）：
| 阶段 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| 1. 初始标记（Initial Mark） | STW | 标记 GC Roots，顺便触发 Minor GC |
| 2. 并发标记（Concurrent Mark） | 并发 | 从 GC Roots 开始找存活对象 |
| 3. 最终标记（Remark） | STW | 使用 SATB 算法，修正标记结果 |
| 4. 筛选回收（Cleanup） | STW/并发 | 根据各 Region 的垃圾比例，优先清除“回收价值最大”的 Region |
💡 G1 特点：
-
将堆划分为多个 Region（而非新老代）
-
根据 Region 的回收价值排序，优先清除「收益最高」的部分
-
支持并发标记 + 并发整理（压缩）
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默认启用
-XX:+UseG1GC
面试答题：
G1 是面向服务端的大堆优化收集器，通过将堆划分为若干 Region，实现局部收集与全堆管理结合。G1 回收过程包含初始标记、并发标记、最终标记和筛选回收四个阶段，能够同时满足高吞吐和低停顿的需求，是当前最推荐的垃圾回收器之一。
🌈 三、ZGC（Z Garbage Collector）
✅ 目标：
超低延迟（Pause < 10ms），支持大堆内存（最高 16TB）
⚙️ 使用的算法：
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并发标记 + 并发重分配（无 STW 整理）
-
所有阶段几乎都 并发进行
-
使用染色指针、load barriers
🔁 GC 执行阶段：
| 阶段 | 类型 | 说明 |
|---|---|---|
| 1. 并发标记（Concurrent Mark Start） | 并发 | 从 GC Roots 出发标记对象 |
| 2. 并发准备重分配 | 并发 | 计算对象移动后的地址 |
| 3. 并发重分配（Relocation） | 并发 | 对象移动，引用自动指向新位置 |
| ✔️ 所有暂停时间 < 1ms，真正实现“几乎无感” GC |
技术亮点：
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染色指针：将对象头指针作为 GC 元数据容器（空间压缩技巧）
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Load Barrier：解决对象移动时访问同步的问题
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几乎100% 并发，最大限度减少 STW
面试答题：
ZGC 是面向大内存与低延迟场景的现代垃圾回收器，其全部回收阶段几乎都并发执行，仅在少量场景进行毫秒级暂停。它使用染色指针与 Load Barrier 技术，无需停顿即可移动对象，彻底解决了传统收集器在大堆与高并发下的性能瓶颈。
📊 四、G1 vs CMS vs ZGC 总结对比
| 特性/收集器 | CMS | G1 | ZGC |
|---|---|---|---|
| 回收算法 | 标记-清除 | 分区复制 + 整理 | 并发标记 + 并发整理 |
| 碎片问题 | 有 | 无（整理） | 无 |
| 停顿时间 | 两次 STW，较短 | 可预测 STW（低） | 极低（<10ms） |
| 吞吐率 | 高 | 中高 | 高 |
| 并发能力 | 中 | 强 | 极强 |
| 是否移动对象 | 否 | 是 | 是 |
| 适合场景 | 延迟敏感 | 大堆、平衡场景 | 超低延迟、大内存 |
✅五、 CMS 与 G1 在回收策略上的关键区别：是否“评估回收收益”
| 特性 | CMS（Concurrent Mark Sweep） | G1（Garbage First） |
|---|---|---|
| 内存结构 | 明确的新生代 + 老年代 | 全堆划分为等大小 Region（含 Eden/Survivor/Old） |
| 回收算法 | 标记 - 清除（老年代） 复制（新生代） | Region 内并行复制 + 并发标记 + 并发整理 |
| 回收粒度 | 整体老年代 | 分区 Region 级别（可选高性价比的回收区） |
| 是否评估“收益” | ❌ 否：只做全量或阈值触发回收 | ✅ 是：回收前计算各 Region 的回收收益 = 垃圾量 / 回收成本，优先清除性价比最高的 |
| 清理效果 | 不整理内存，可能有碎片 | 自动整理 Region，几乎无碎片 |
| 停顿控制 | 停顿短，但不可控 | 停顿可预测、可配置（如目标 200ms） |
| 回收目标 | 最小停顿（响应快） | 响应+吞吐平衡、最大性价比 |
🧠 六、JVM垃圾回收器 你可以这样答面试官（组合型模板）
JVM 提供了多种垃圾回收器，适用于不同场景：
CMS 使用标记-清除算法，低延迟但易碎片；
G1 是 JDK 默认收集器，划分 Region，结合分代管理和按需回收，实现较好的吞吐与停顿平衡；
ZGC 则是超低延迟收集器，所有阶段几乎并发执行，最大暂停低于 10ms，适用于金融、电商等延迟敏感系统。
🧠七 、CMS 和 G1区别 可以这样答面试题：
CMS 和 G1 都是以低延迟为目标的收集器。CMS 采用“标记-清除”算法进行老年代回收，虽然并发执行减少了停顿，但因为不整理内存，容易产生碎片，Full GC 风险较高。而 G1 将堆划分为多个 Region，通过计算每个 Region 的“回收收益”来确定回收优先级，优先清除性价比最高的部分，实现可预测、可配置的低延迟回收。相比 CMS，G1 更智能且对大堆支持更好。