jvm垃圾回收算法以及常见的垃圾回收器

算法分为“标记”和“清除”阶段：标记存活的对象，统一回收所有未被标记的对象(一般选择这种)；也可以反过来，标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有被标记的对象。它是最基础的收集算法，比较简单，但是会带来
两个明显的问题：
1. 效率问题 (如果需要标记的对象太多，效率不高)
2. 空间问题（标记清除后会产生大量不连续的碎片）

标记整理算法

根据老年代的特点特出的一种标记算法，标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象回收，而是让所有存活的对象向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存，优化了“标记-清除”算法的问题。

垃圾回收器

没有完美的垃圾回收器，只能很具具体场景选择具体的垃圾回收器。

1. Serial收集器

特点：单线程，Stop-The-World，直到它结束
算法：复制算法（年轻代） + 标记-整理（老年代）
适用场景：
- 客户端应用
- 小内存（几十MB到一两百MB）
- 单核CPU环境
优点：简单高效，没有线程交互开销
缺点：停顿时间长
参数：-XX:+UseSerialGC

-XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC

2. Parallel Scavenge/ Parallel Old收集器

特点：多线程并行，关注吞吐量
算法：复制算法 + 标记-整理
适用场景：
- 后台计算密集型应用
- 科学计算、批处理任务
- 不关注单次停顿时间，关注整体吞吐
优点：吞吐量高，CPU利用率高
缺点：停顿时间不可控，对延迟不敏感
参数：
- -XX:+UseParallelGC
- -XX:+UseParallelOldGC
- -XX:ParallelGCThreads=4
- -XX:MaxGCPauseMillis=100

其实就是Serial收集器的多线程版本，除了使用多线程进行垃圾收集外，其余行为（控制参数、收集算法、回收策略，甚至STW等等）和Serial收集器类似。默认的收集线程数跟cpu核数相同，当然也可以用参数(-XX:ParallelGCThreads)指定收集线程数，但是一般不推荐修改。所谓吞吐量就是CPU中用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值。

在注重吞吐量以及CPU资源的场合，都可以优先考虑 Parallel Scavenge收集器和Parallel Old收集器(JDK8默认的新生代和老年代收集器)。

3. ParNew + CMS

ParNew ，主要针对年轻代，ParNew收集器其实跟Parallel收集器很类似，区别主要在于它可以和CMS收集器配合使用

特点：Serial的多线程版本
算法：复制算法
作用：与CMS配合使用

CMS

Concurrent Mark Sweep，主要针对老年代

特点：并发收集，减少停顿时间；在 JDK 14 及之后的版本中，你无法再使用 CMS 垃圾回收器
算法：标记-清除
适用场景：
- Web服务器、GUI应用
- 对响应时间敏感的系统
优点：低停顿，用户体验好
缺点：
- 产生内存碎片
- CPU资源敏感（会和服务抢资源）
- 并发失败时退化为Serial Old
- 执行过程中的不确定性，会存在上一次垃圾回收还没执行完，然后垃圾回收又被触发的情况，特别是在并发标记和并发清理阶段会出现，一边回收，系统一边运行，也许没回收完就再次触发full gc，也就是"concurrentmode failure"，此时会进入stop the world，用serial old垃圾收集器来回收
参数：-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC

为什么CMS停顿时间短？

CMS GC：初始标记（短暂STW） → 并发标记 → 重新标记（短暂STW） → 并发清除

将GC工作分摊到多个阶段，只有初始标记和重新标记需要短暂STW

并发标记和并发清除阶段与用户线程一起运行，不停止应用

使用卡表和增量更新等技术，减少重新标记阶段的工作量

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。它非常符合在注重用户体验的应用上使用，它是HotSpot虚拟机第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程（基本上）同时工作（Parallel收集器工作期间必须STW）

G1 (Garbage First)

特点：面向服务端，可预测的停顿时间模型
算法：标记-整理 + 分区算法
内存布局：将堆划分为多个Region（1MB~32MB）
适用场景：
- 大内存应用（6GB+）
- 要求停顿时间可控
- JDK9+ 的默认选择
优点：
- 停顿时间可控
- 整体吞吐量与Parallel相当
- 有效处理大内存
缺点：
- 内存占用稍高，堆内存 < 4GB时，G1优势不明显
- JDK6/7中不够成熟
- 追求极致吞吐时，Parallel更优
- 需要亚毫秒级停顿时，ZGC更合适
参数：
- -XX:+UseG1GC
- -XX:MaxGCPauseMillis=150
- -XX:G1HeapRegionSize=16m

Q: 为什么G1能替代CMS？

A: "G1解决了CMS的内存碎片问题，同时提供了可预测的停顿时间，在大内存场景下表现更好"

ZGC (The Z Garbage Collector)

特点：超低停顿（<10ms），不分代
算法：并发标记-整理
适用场景：
- 超大堆内存（TB级别）
- 极致低延迟要求
- 新架构应用
优点：
- 停顿时间极短且与堆大小无关
- 吞吐量损失小
缺点：JDK15才正式生产可用，兼容性要求高
参数：
- -XX:+UseZGC
- -Xmx16g -Xms16g
- -XX:SoftMaxHeapSize=14g
- -XX:MaxGCPauseMillis=10