各种垃圾回收器介绍
引言
在Java虚拟机（JVM）中，垃圾回收（Garbage Collection, GC）是自动内存管理的关键部分。它负责回收不再使用的对象所占用的内存空间，从而确保程序运行时有足够的内存可用。随着Java应用的发展，不同类型的垃圾回收器被设计出来以适应不同的应用场景和性能需求。本文将详细介绍几种常见的垃圾回收器及其工作原理。
分代收集理论
当前大多数JVM采用分代收集算法，这种算法基于对象存活周期的不同将堆内存分为新生代和老年代。新生代主要存放新创建的对象，这些对象大多会在短时间内变成垃圾；而老年代则存储经过多次GC后仍然存活的对象。根据这一特性，可以为新生代选择复制算法，因为每次GC后有大量的对象死亡；而对于老年代，则倾向于使用“标记-清除”或“标记-整理”算法，因为这里的对象更稳定，存活率高。
主要垃圾回收器
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Serial收集器
- 是最基础的单线程收集器，适用于单核处理器环境或者小型应用。
- 新生代采用复制算法，老年代采用标记-整理算法。
- 在进行GC时会暂停所有其他线程（“Stop The World”），直到GC完成。
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Parallel Scavenge收集器
- Serial收集器的多线程版本，旨在最大化CPU吞吐量。
- 通过多线程并行执行GC任务来减少停顿时间，并提供了一系列参数帮助用户找到最佳配置。
- 新生代同样采用复制算法，老年代则使用Parallel Old收集器，后者实现了多线程的标记-整理算法。
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ParNew收集器
- Parallel Scavenge收集器的变种，特别之处在于它可以与CMS收集器配合使用。
- 它主要用于Server模式下的JVM，能够有效降低长时间停顿的风险。
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CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器
- 一款并发收集器，目标是最小化停顿时间，非常适合于对响应时间敏感的应用。
- 使用“标记-清除”算法，在整个过程中尽量让GC线程与用户线程并发执行。
- 包含初始标记、并发标记、重新标记以及并发清理四个阶段，其中只有初始和重新标记阶段需要短暂暂停用户线程。
- 存在一些缺点，如对CPU资源敏感、无法处理浮动垃圾以及可能产生大量碎片等。
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G1（Garbage First）收集器
- G1是一款分区式、并行且具有压缩功能的收集器，适用于大容量堆内存的情况。
- 它将整个堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），并且可以在一个区域内进行完整的GC操作。
- G1采用了“预测性”的方式来决定何时启动GC，以保证达到设定的最大停顿时间和吞吐量目标。
- 使用了写屏障+SATB机制来解决并发标记期间的对象变动问题。
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ZGC（Z Garbage Collector）
- ZGC是一款低延迟的垃圾收集器，它能够在不影响应用程序性能的情况下处理非常大的堆。
- 利用读屏障技术实现并发标记和移动对象，几乎完全消除了STW的时间。
- 支持超过TB级别的堆大小，并且能保持较低的GC停顿时间（通常小于10ms）。
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Shenandoah
- 类似于ZGC，Shenandoah也是一个专注于降低GC停顿时间的收集器。
- 它通过“颜色指针”和“ Brooks-Pointer”等技术实现在不停止世界的情况下移动对象。
- Shenandoah的目标是在任何规模的堆上都能维持极短的GC停顿时间。
结语
每种垃圾回收器都有其特点和适用场景，没有所谓的“最好”的收集器。开发者应该根据具体的业务需求和技术栈选择最适合自己的垃圾回收策略。例如，对于Web服务器或在线交易系统这类注重用户体验的应用，可能会优先考虑像CMS或G1这样的低延迟收集器；而对于批处理作业或者其他后台服务，则可以选择更关注吞吐量的Parallel Scavenge收集器。正确理解和选择合适的垃圾回收器对于提升Java应用程序的性能至关重要。
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