深入解析：GC 算法的种类及垃圾收集器

主要算法

标记-清除算法（Mark-Sweep）

标记-清除算法是最基础的垃圾回收算法，分为标记和清除两个阶段。标记阶段遍历所有可达对象并标记，清除阶段回收未被标记的对象内存。适用于内存碎片不敏感的场景，如早期Java虚拟机。缺点是会产生内存碎片，可能引发频繁的GC。

复制算法（Copying）

复制算法将内存分为两块，每次只使用一块。当一块内存用完时，将存活对象复制到另一块，并清空当前块。适用于对象存活率低的场景，如新生代垃圾回收。优点是高效无碎片，但内存利用率仅50%。

标记-整理算法（Mark-Compact）

标记-整理算法在标记-清除的基础上增加了整理阶段，将存活对象向一端移动，然后清理边界外的内存。适用于老年代回收，避免内存碎片问题。缺点是移动对象成本高，适合对象存活率高的场景。

分代收集算法（Generational）

分代收集算法根据对象生命周期将堆分为新生代和老年代，针对不同代采用不同算法（如新生代用复制算法，老年代用标记-整理）。适用于大多数现代语言运行时（如Java、.NET），能平衡停顿时间和吞吐量。

垃圾收集器类型

串行收集器（Serial GC）

• 特点：单线程STW（Stop-The-World），简单高效。
• 适用场景：客户端程序或小内存服务端，但停顿时间较长。

通过以下JVM参数启用：

-XX:+UseSerialGC

并行收集器（Parallel GC）

• 特点：多线程并行执行Minor和Full GC，吞吐量优先。
• 适用场景：计算密集型任务（默认JDK8的收集器）。

启用参数：

-XX:+UseParallelGC

调整线程数和目标停顿时间：

-XX:ParallelGCThreads=N
-XX:MaxGCPauseMillis=time_ms

并发标记清除收集器（CMS）

• 目标：减少Full GC停顿时间。（JDK5引入，JDK9弃用，JDK14删除）
• 流程：
  1. 初始标记（STW）：标记根直接关联对象。
  2. 并发标记：标记所有可达对象（与用户线程并行）。
  3. 重新标记（STW）：修正并发期间的变动。
  4. 并发清除：清理垃圾（与用户线程并行）。
• 缺点：内存碎片、CPU资源竞争。启用参数：

-XX:+UseConcMarkSweepGC

调整并发阶段线程数和出发阈值

-XX:ConcGCThreads=N
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=percent

G1收集器（Garbage-First）

• 区域化堆（Region）：将堆划分为多个等大小Region（每个1MB~32MB），优先回收垃圾最多的Region。
• 回收策略：
  1. 预测停顿时间：优先回收垃圾比例高的Region（Garbage-First）。
  2. Mixed GC：同时回收新生代和老年代的Region。当老年代空间达到阈值会触发
  3. Young GC：当新生代的空间不足时，G1触发Young GC回收新生代空间 Young GC主要是对Eden区进行GC，它在Eden空间耗尽时触发，基于分代回收思想和复制算法，每次Young GC都会选定所有新生代的Region，同时计算下次Young GC所需的Eden区和Survivor区的空间，动态调整新生代所占Region个数来控制Young GC开销
• 优点：可预测停顿时间（默认目标200ms）。

JDK9后成为默认GC，能预测停顿时间。

-XX:+UseG1GC

设置最大停顿时间和区域大小

-XX:MaxGCPauseMillis=time_ms
-XX:G1HeapRegionSize=size_mb

• 阶段：
  1. 初始标记（Initial Mark）：标记GC Roots直接关联对象（STW）。
  2. 并发标记（Concurrent Mark）：识别存活对象（并发）。
  3. 最终标记（Final Mark）：处理剩余SATB（Snapshot-At-The-Beginning）记录（STW）。
  4. 筛选回收（Evacuation）：选择Region进行回收（STW）。

ZGC收集器（Z Garbage Collector）

• 目标：亚毫秒级停顿（<10ms），支持TB级堆，如云原生应用。
• 关键技术：
  • 染色指针：使用指针元数据跟踪对象状态。
  • 并发压缩：无需STW即可移动对象。
• 适用场景：低延迟、大内存应用（-XX:+UseZGC）。

JDK15后成为生产特性，需要64位系统支持。

# ZGC
-XX:+UseZGC

Shenandoah收集器

Shenandoah算法通过转发指针和读屏障实现并发整理，停顿时间与堆大小无关。适用于需要低延迟且堆内存较大的场景，与ZGC类似但实现方式不同。JDK12后成为生产特性。

# Shenandoah
-XX:+UseShenandoahGC