HotSpot GC 體系概覽
JVM 規範未強制 GC 實現，HotSpot 提供多款收集器組合，按代劃分：新生代（Serial、ParNew、Parallel Scavenge）、老年代（Serial Old、Parallel Old、CMS、G1）。收集器間連線表示可搭配使用。
新生代收集器
Serial Collector
- 單線程、複製算法、Stop-The-World
- 優點：無線程交互開銷，單 CPU 環境最高效
- 適用：Client 模式、單核、嵌入式場景
ParNew Collector
- Serial 多線程版，複製算法
- 唯一除 Serial 外能與 CMS 搭配的新生代收集器
- 參數：
-XX:+UseParNewGC
Parallel Scavenge Collector
- 多線程、複製算法，關注吞吐量
- 吞吐量 = 用戶代碼時間 / (用戶代碼時間 + GC 時間)
- 自適應調節：
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 自動調整堆區大小
- 控制參數：
-XX:MaxGCPauseMillis（最大停頓）、-XX:GCTimeRatio（吞吐量目標）
- 適用：後台批處理、科學計算、無交互業務
老年代收集器
Serial Old
- 單線程、標記-整理算法
- 用途：JDK 1.5 前與 Parallel Scavenge 搭配；CMS 失敗後備方案
Parallel Old
- Parallel Scavenge 老年代版，多線程、標記-整理
- 組合
Parallel Scavenge + Parallel Old：吞吐量優先首選
- 參數：
-XX:+UseParallelOldGC
CMS (Concurrent Mark Sweep)
- 目標：最短停頓時間，基於標記-清除算法
- 四階段：初始標記(STW) → 並發標記 → 重新標記(STW) → 並發清除
- 優點：用戶線程並發執行，低延遲
- 缺點：
- CPU 敏感，佔用核心資源
- 浮動垃圾導致 Concurrent Mode Failure 觸發 Full GC
- 內存碎片，需
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 整理
- 參數：
-XX:+UseConcMarkSweepGC
G1 (Garbage-First)
- 面向服務端，JDK 9+ 默認收集器
- 特性：
- 並行並發：多 CPU 縮短 STW
- 分代收集：保留新/老年代邏輯，但物理不連續
- 空間整合：整體標記-整理，局部複製，無碎片
- 可預測停頓：指定
-XX:MaxGCPauseMillis，建立時間模型
- 堆劃分為多個等大 Region，新/老年代為 Region 集合
- Remembered Set (RSet) 記錄跨 Region 引用，避免全堆掃描
- 四階段：初始標記(STW) → 並發標記 → 最終標記(STW) → 篩選回收(可並發)
- 參數：
-XX:+UseG1GC
收集器選型指南
| 場景 | 推薦組合 | JVM 參數 |
|---|
| 單核/小內存/Client | Serial + Serial Old | -XX:+UseSerialGC |
| 多核/高吞吐/批處理 | Parallel Scavenge + Parallel Old | -XX:+UseParallelGC |
| 多核/低延遲/交互應用 | ParNew + CMS | -XX:+UseConcMarkSweepGC |
| 大內存(>6G)/低延遲/可預測 | G1 | -XX:+UseG1GC |
核心概念補充
- Stop-The-World：所有工作線程暫停，只有 GC 線程運行
- 安全點：線程可安全暫停的位置（方法調用、循環跳轉、異常跳轉）
- 安全區域：代碼片段中引用關係不變，可安全 GC（如睡眠、阻塞）
- 記憶集/卡表：老年代→新生代引用記錄，Young GC 時掃描卡表而非全老年代
