JVM 垃圾收集器入門：核心算法、分類體系與 HotSpot 實現

什麼是垃圾收集器

垃圾收集器 (Garbage Collector, GC) 是垃圾回收算法的程序實現。我們常說的「算法」是理論模型，「收集器」是具體代碼實現，涉及線程模型、內存佈局、運行時協調等工程細節。本系列基於 HotSpot JVM (Oracle JDK 默認實現) 展開。

GC 算法回顧

收集器三大分類

1. 串行收集器

• 單 GC 線程
• 全程 Stop-the-world
• 實現：Serial (新生代)、Serial Old (年老代)

2. 並行收集器

• 多 GC 線程並行工作
• 全程 Stop-the-world
• 實現：ParNew、Parallel Scavenge (新生代)、Parallel Old (年老代)

3. 並發收集器

• GC 線程與用戶線程交替/同時運行
• 部分階段 Stop-the-world，大部分階段並發
• 實現：CMS (Concurrent Mark Sweep，年老代)

並行 vs 並發：核心區別

關鍵洞察：並行是並發的一種實現方式 (多核下)。CMS 的「並發」在多核上實際是 GC 線程與用戶線程並行運行；單核下通過時間片切換實現並發效果。

HotSpot 七大收集器 (含 G1)

新生代收集器 (3款)

• Serial：復制算法，單線程
• ParNew：復制算法，多線程，CMS 唯一搭檔
• Parallel Scavenge：復制算法，多線程，吞吐量可控

年老代收集器 (3款)

• Serial Old：標記-整理，單線程
• Parallel Old：標記-整理，多線程，Parallel Scavenge 搭檔
• CMS：標記-清除，並發，低停頓

特殊收集器

• G1：面向服務端，分區並行，可預測停頓 (JDK 7+ 成熟，JDK 9+ 默認)

收集器兼容性規則

只有連線相連的組合才能工作 (共 6 種有效組合)：

• Serial + Serial Old
• Serial + CMS (罕用)
• ParNew + Serial Old
• ParNew + CMS
• Parallel Scavenge + Serial Old
• Parallel Scavenge + Parallel Old

不兼容原因：線程模型衝突、內存佈局假設不同、同步機制不一致。

分代收集理論基礎

1. 弱代假設：絕大多數對象朝生夕死
2. 強代假設：熬過越多 GC 的對象越難死
3. 跨代引用假設：跨代引用相對較少

因此：新生代用復制算法 (少量存活)；年老代用標記-整理/清除 (大量存活)；記錄跨代引用 (Remembered Set/Card Table) 避免全堆掃描。

查看當前 JVM 收集器

$ java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
-XX:InitialHeapSize=... -XX:MaxHeapSize=... -XX:+UseParallelGC ...

或運行時：jinfo -flag UseParallelGC <pid>

總結

垃圾收集器是 GC 算法在 HotSpot 中的工程化實現。理解「串行/並行/並發」三種線程模型、「復制/標記-清除/標記-整理」三種算法在分代上的適用性、六大經典收集器的兼容性組合，是進入 JVM 調優世界的入場券。下一步將深入各收集器具體實現細節、參數調節與場景實戰。

1. 上一篇文章： JVM 垃圾收集器詳解：六大收集器特性、組合策略與場景選型
2. 下一篇文章： JVM 記憶體管理：分代收集算法深度解析

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