JVM 垃圾收集器全景圖：Serial、Parallel、CMS、G1 核心機制與選型指南

收集器分代佈局

JVM 堆劃分為新生代（Young）與老年代（Old）。不同收集器作用於不同代，且存在配對關係：

七大經典收集器深度解析

1. Serial 收集器

• 單線程、Stop-The-World (STW)
• 新生代：複製算法；老年代：標記-整理
• Client 模式默認，單 CPU 環境最高效（無線程切換開銷）

2. ParNew 收集器

• Serial 的多線程版，同樣用複製算法
• 唯一能與 CMS 搭配的新生代收集器
• 多 CPU 時優於 Serial，但單 CPU 因線程管理反而較慢

3. Parallel Scavenge 收集器

• 新生代、複製算法、多線程
• 目標：可控吞吐量 = 用戶代碼時間 / (用戶代碼時間 + GC 時間)
• 自適應調節策略（-XX:+UseAdaptiveSizePolicy）自動調整新生代大小、晉升閾值
• 適合後台計算、批處理類無交互應用
• 不能與 CMS 搭配

4. Serial Old 收集器

• Serial 老年代版，單線程、標記-整理、STW
• Client 模式默認老年代收集器
• 也作為 CMS 失敗時的備選（Concurrent Mode Failure）

5. Parallel Old 收集器

• Parallel Scavenge 老年代版，多線程、標記-整理
• JDK 1.6+ 提供，配合 Parallel Scavenge 組成「吞吐量優先」組合

6. CMS 收集器

• 目標：最短停頓時間，老年代、標記-清除
• 四階段：
  ① 初始標記 (STW) - 僅標記 GC Roots 直達對象，極快
  ② 並發標記 - GC Roots Tracing，耗時長但與用戶線程並發
  ③ 重新標記 (STW) - 修正並發階段變動，較短
  ④ 並發清除 - 與用戶線程並發
• 優點：低停頓、並發收集
• 缺點：
  ① CPU 敏感（佔用核心導致應用變慢）
  ② 無法處理浮動垃圾（並發產生的新垃圾，下次 GC 清理）
  ③ 內存碎片（標記-清除不整理），大對象分配困難觸發 Full GC

7. G1 (Garbage-First) 收集器

• JDK 1.7+，面向服務端、大堆（>4GB）、多核
• 不再物理劃分代，堆劃分為多個大小固定（1-32MB）Region
• 每個 Region 動態扮演 Eden/Survivor/Old 角色
• Remembered Set (RSet) 記錄跨 Region 引用，實現 Region 級並行回收
• 四階段：初始標記(STW) → 並發標記 → 最終標記(STW,多線程) → 篩選回收(STW,按回收價值優先級)
• 核心優勢：
  ① 可預測停頓：指定目標停頓時間，優先回收垃圾最多 Region
  ② 無碎片：基於標記-整理，Region 間復制壓縮
  ③ 大堆友好：增量式回收，避免全堆掃描

關鍵概念辨析

選型建議

• 單核/小堆/Client：-XX:+UseSerialGC
• 多核/批處理/高吞吐：-XX:+UseParallelGC (+ UseParallelOldGC)
• 多核/交互應用/低延遲：-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC
• 大堆(>6GB)/多核/可預測停頓：-XX:+UseG1GC