JVM垃圾回收器整理

‌一、基础垃圾回收算法

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1. ‌标记-清除（Mark-Sweep）‌
   • ‌原理‌：
     • ‌标记阶段‌：从 GC Roots（如静态变量、活动线程栈中的对象等）出发，遍历所有可达对象，标记为存活。
     • ‌清除阶段‌：遍历堆内存，回收未被标记的对象。
   • ‌优点‌：实现简单。
   • ‌缺点‌：内存碎片化；两次遍历（标记和清除）导致效率较低。
   • ‌应用场景‌：老年代（如 CMS 收集器）。
2. ‌标记-整理（Mark-Sweep-Compact）‌
   • ‌原理‌：
     • ‌标记阶段‌：与标记-清除相同，标记存活对象。
     • ‌整理阶段‌：将存活对象向内存一端移动，清理边界外的内存。
   • ‌优点‌：无碎片化；内存利用率高。
   • ‌缺点‌：整理阶段需移动对象，效率较低。
   • ‌应用场景‌：老年代（如 Parallel Old、G1 收集器）。
3. ‌复制（Copying）‌
   • ‌原理‌：
     • 将内存分为两块（如 Eden 区和 Survivor 区），每次只使用一块。
     • 存活对象被复制到另一块，原内存块整体回收。
   • ‌优点‌：无碎片化；适合存活率低的对象。
   • ‌缺点‌：内存利用率低（需预留一半空间）。
   • ‌应用场景‌：新生代（如 Serial、ParNew 等收集器）。
4. 分代收集（Generational Collection）‌
   • ‌核心思想‌：根据对象存活周期将堆划分为‌新生代‌（Young Generation）和‌老年代‌（Old Generation）。
     • ‌新生代‌：对象存活率低，使用‌复制算法‌（如 Eden 区到 Survivor 区）。
     • ‌老年代‌：对象存活率高，使用‌标记-清除‌或‌标记-整理‌算法。
   • ‌优化逻辑‌：结合不同算法，平衡效率和内存利用率。

注:   jvm未采用“引用计数法”算法，因为无法解决循环引用问题

‌二、Java 垃圾收集器

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Java 虚拟机（JVM）基于上述算法实现了多种垃圾收集器，适用于不同场景：

1. ‌Serial 收集器‌
   • ‌特点‌：单线程，简单高效；全程 STW（Stop-The-World）。
   • ‌适用场景‌：客户端应用或小内存环境。
2. ‌Parallel Scavenge 收集器‌
   • ‌特点‌：多线程，关注高吞吐量（Throughput）。
   • ‌适用场景‌：后台计算型应用（如批处理）。
3. ParNew 收集器‌
   • ‌特点‌：Serial 的多线程版本，用于新生代。
   • ‌适用场景‌：配合 CMS 收集器使用。
4. ‌CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器‌
   • ‌特点‌：并发标记清除，减少 STW 时间；但内存碎片化严重。
   • ‌阶段‌：
     1. 初始标记（STW）: 标记GC Roots直接关联的对象（STW时间极短）
     2. 并发标记: 从GC Roots直接关联对象开始遍历整个引用链的过程（耗时长，不需要停顿用户线程，用户线程与GC线程并发执行）
     3. 重新标记（STW）: 使用增量更新避免对象消失问题，修正并发标记期间改动的对象（需要STW，耗时比步骤1长，比步骤2短）  
     4. 并发清除: 清理标记阶段判断已死亡的对象、重置状态等（该阶段也是并发执行）
   • ‌适用场景‌：对延迟敏感的服务端应用。
5. ‌G1（Garbage-First）收集器‌
   • ‌特点‌：
     • 将堆划分为多个 Region，优先回收价值高的 Region（Garbage-First）。
     • 结合标记-整理和复制算法，可预测停顿时间。
   • ‌适用场景‌：大内存、低延迟应用（JDK 9+ 默认收集器）。
6. ‌ZGC 与 Shenandoah‌
   • ‌特点‌：
     • 超低延迟（STW 时间控制在 10ms 以内）。
     • 基于并发标记和指针染色技术（如 ZGC 的染色指针）。
   • ‌适用场景‌：超大堆内存（TB 级）和实时性要求极高的系统。

‌三、算法与收集器的选择‌

1. ‌吞吐量优先‌：Parallel Scavenge + Parallel Old。
2. ‌低延迟优先‌：G1、ZGC 或 Shenandoah。
3. ‌内存限制‌：Serial 或 ParNew + CMS。

‌四、GC 优化建议‌

1. 避免频繁创建短生命周期对象，减少 Minor GC。
2. 合理设置堆大小（-Xms, -Xmx）和分代比例（-XX:NewRatio）。
3. 根据应用特性选择收集器（如 -XX:+UseG1GC）。
4. 监控 GC 日志（-Xlog:gc*）和分析工具（如 VisualVM、GCEasy）。

五、JDK默认垃圾回收器

‌ 1. JDK1.4 及更早版本‌

• ‌默认 GC‌：‌Serial GC‌（串行垃圾回收器），新生代和老年代均使用单线程回收‌。

‌2. JDK5 至 JDK8‌

• ‌JDK5/JDK6‌：
  • ‌服务端模式‌：新生代默认 ‌Parallel Scavenge‌（并行回收），老年代默认 ‌Serial Old‌（串行回收）。
  • ‌客户端模式‌：全代使用 ‌Serial GC‌‌。
• ‌JDK7/JDK8‌：
  • ‌服务端模式‌：默认组合升级为 ‌Parallel Scavenge（新生代） + Parallel Old（老年代）‌，全面支持多线程并行回收以提高吞吐量‌。
  • ‌客户端模式‌：仍为 ‌Serial GC‌‌。

‌3. JDK9 至 JDK21（最新版本）‌

• ‌默认 GC‌：‌G1（Garbage-First）‌，统一管理新生代和老年代，通过分代 Region 设计平衡吞吐量与低延迟‌。
• ‌后续版本优化‌：
  • ‌JDK11+‌：支持 ‌ZGC‌（超低停顿时间）和 ‌Shenandoah‌（并发回收），但默认仍为 G1‌。
  • ‌JDK21‌：延续 G1 为默认，强化低延迟回收器的稳定性‌。

总结

• ‌早期版本（JDK1.4-6）‌：以 ‌Serial GC‌ 和 ‌Parallel Scavenge + Serial Old‌ 为主，侧重简单性和单核性能‌。
• ‌JDK7-8‌：转向 ‌Parallel Scavenge + Parallel Old‌，优化多核环境下的吞吐量‌。
• ‌JDK9 及之后‌：‌G1‌ 成为主流默认，兼顾吞吐量与延迟，支持大内存和复杂应用场景‌。