JVM 垃圾收集器詳解：六大收集器特性、組合策略與場景選型

Client vs Server 模式

• Client 模式：啟動快，適合開發/桌面應用，默認 Serial GC
• Server 模式：啟動慢，運行時優化多，長期運行性能優，默認 Parallel GC，需 -server 啟用

六大收集器詳細特性

1. Serial Collector (串行)

• 算法：復制算法 (新生代) / 標記-整理 (年老代)
• 線程：單線程
• 停頓：Stop-the-world 全程暫停
• 優點：實現簡單，無線程開銷，Client 模式默認
• 缺點：停頓長，不適用大堆
• 參數：-XX:+UseSerialGC

2. ParNew Collector (並行新生代)

• 算法：復制算法
• 線程：多線程並行
• 停頓：Stop-the-world，但並行縮短時間
• 敏感性：依賴多核 CPU，單核下性能反而較 Serial 差
• 參數：-XX:+UseParNewGC，-XX:ParallelGCThreads=N
• 搭配：僅能與 CMS 配合 (Serial Old 備用)

3. Parallel Scavenge (並行吞吐量優先)

• 算法：復制算法
• 特點：可精確控制吞吐量與停頓時間
• 關鍵參數：
  • -XX:MaxGCPauseMillis：最大停頓目標
  • -XX:GCTimeRatio：吞吐量目標 (如 99 = 1% GC 時間)
  • -XX:+UseAdaptiveSizePolicy：自適應調節新生代、Survivor、晉升年齡
• 搭配：Parallel Old (JDK 6+ 默認)
• 參數：-XX:+UseParallelGC (Server 模式默認)

4. Parallel Old (並行年老代)

• 算法：標記-整理
• 線程：多線程並行
• 意義：Parallel Scavenge 唯一搭檔，避免 Serial Old 拖累吞吐量
• 參數：JDK 6+ 開啟 Parallel GC 自動啟用

5. CMS Collector (並發標記清除)

• 算法：標記-清除
• 目標：最短停頓時間
• 四階段：
  1. 初始標記 (STW) - 快速標記 GC Roots 直接可達
  2. 並發標記 - 並發追蹤可達對象
  3. 重新標記 (STW) - 修正並發階段變動
  4. 並發清除 - 並發回收垃圾
• 優點：停頓極短，適合響應時間敏感應用
• 缺點：
  • CPU 佔用高 (併發階段佔用核心)
  • 內存碎片 (標記-清除不整理)
  • 並發模式失敗 → 觸發 Serial Old Full GC
• 參數：-XX:+UseConcMarkSweepGC

6. Serial Old (串行年老代)

• Serial 的年老代版本，標記-整理，單線程，CMS 失敗時的備用方案

三大經典組合對比

其他三種組合為何少用

• Serial + CMS：新生代單線程成瓶頸
• ParNew + Parallel Old：不兼容
• Parallel Scavenge + CMS：不兼容

選型決策樹

是否單核/小堆/開發測試？ → UseSerialGC
否
  是否批處理/高吞吐/停頓不敏感？ → UseParallelGC
  否
    是否 Web/低延遲/響應時間敏感？ → UseConcMarkSweepGC
    否
      大內存 (6G+) / 可接受 JDK 9+？ → UseG1GC / UseZGC

CMS 關鍵調優點

1. 降低觸發閾值：CMSInitiatingOccupancyFraction=60-70，預留足夠空間給併發回收
2. 碎片整理：UseCMSCompactAtFullCollection=true + CMSFullGCsBeforeCompaction=5
3. 縮短 Remark：CMSParallelRemarkEnabled=true + CMSScavengeBeforeRemark=true
4. 避免併發失敗：監控 Concurrent Mode Failure，調大年老代或降低觸發閾值

總結

六大收集器無絕對優劣，只有場景適配。理解各收集器算法、線程模型、停頓特性、參數調節機制，是 JVM 調優核心技能。現代應用 (JDK 11+) 推薦優先評估 G1/ZGC，但掌握 CMS/Parallel 經典組合原理對診斷歷史系統、理解 GC 演進至關重要。