面试题： Java 中常见的垃圾收集器有哪些？

在 Java 中，垃圾收集器（Garbage Collector, GC）是 JVM 的重要组成部分，负责自动管理内存，回收不再使用的对象。Java 提供了多种垃圾收集器，每种收集器都有其特定的使用场景和优缺点。以下是 Java 中常见的垃圾收集器：

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1. Serial 收集器

• 特点：
  • 单线程收集器。
  • 使用 标记-复制算法（新生代）和 标记-整理算法（老年代）。
  • 在垃圾回收时会暂停所有工作线程（Stop-The-World, STW）。
• 适用场景：
  • 单核 CPU 或小型应用。
  • 客户端模式（如 Java 桌面应用）。
• 启用参数：
  • -XX:+UseSerialGC

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2. Parallel（吞吐量优先）收集器

• 特点：
  • 多线程收集器。
  • 使用 标记-复制算法（新生代）和 标记-整理算法（老年代）。
  • 目标是最大化吞吐量（Throughput），即减少垃圾回收时间占程序总运行时间的比例。
• 适用场景：
  • 多核 CPU。
  • 适合后台计算任务，对延迟不敏感的应用。
• 启用参数：
  • -XX:+UseParallelGC（新生代）
  • -XX:+UseParallelOldGC（老年代）

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3. CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器

• 特点：
  • 以最小化停顿时间为目标。
  • 使用 标记-清除算法（老年代）。
  • 大部分垃圾回收工作与用户线程并发执行。
  • 分为四个阶段：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。
• 适用场景：
  • 对延迟敏感的应用（如 Web 服务）。
  • 老年代垃圾回收。
• 缺点：
  • 会产生内存碎片。
  • 对 CPU 资源敏感。
  • 在 JDK 9 中被标记为废弃，JDK 14 中移除。
• 启用参数：
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC

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4. G1（Garbage-First）收集器

• 特点：
  • 面向服务端应用的垃圾收集器。
  • 将堆内存划分为多个区域（Region），优先回收垃圾最多的区域（Garbage-First）。
  • 使用 标记-复制算法。
  • 目标是平衡吞吐量和低延迟。
  • 支持可预测的停顿时间模型。
• 适用场景：
  • 大内存（堆内存 > 4GB）。
  • 对延迟和吞吐量都有要求的应用。
• 启用参数：
  • -XX:+UseG1GC

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5. ZGC（Z Garbage Collector）

• 特点：
  • 低延迟垃圾收集器。
  • 支持超大堆内存（TB 级别）。
  • 停顿时间不超过 10ms。
  • 使用 染色指针（Colored Pointers）和 读屏障（Load Barrier）技术。
• 适用场景：
  • 对延迟要求极高的应用（如实时系统）。
  • 超大堆内存的应用。
• 启用参数：
  • -XX:+UseZGC（JDK 11 引入，JDK 15 后正式支持）

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6. Shenandoah 收集器

• 特点：
  • 低延迟垃圾收集器。
  • 与 ZGC 类似，但实现方式不同。
  • 停顿时间与堆大小无关。
  • 使用 读屏障 和 并发压缩 技术。
• 适用场景：
  • 对延迟要求极高的应用。
  • 大堆内存应用。
• 启用参数：
  • -XX:+UseShenandoahGC（JDK 12 引入）

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7. Epsilon 收集器

• 特点：
  • 无操作的垃圾收集器。
  • 不进行任何垃圾回收，堆内存耗尽时直接抛出 OutOfMemoryError。
• 适用场景：
  • 性能测试或极短生命周期的应用。
• 启用参数：
  • -XX:+UseEpsilonGC

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垃圾收集器对比

收集器	目标	算法	适用场景	停顿时间
Serial	单线程	标记-复制/标记-整理	单核 CPU、小型应用	长
Parallel	吞吐量优先	标记-复制/标记-整理	多核 CPU、后台计算任务	中等
CMS	低延迟	标记-清除	对延迟敏感的应用	短
G1	平衡	标记-复制	大内存、对延迟和吞吐量有要求	可预测
ZGC	极低延迟	染色指针	超大堆内存、实时系统	极短（<10ms）
Shenandoah	极低延迟	并发压缩	大堆内存、对延迟要求极高	极短
Epsilon	无操作	无	性能测试、极短生命周期应用	无

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如何选择垃圾收集器？

• 如果应用对延迟不敏感，追求高吞吐量，可以选择 Parallel。
• 如果应用对延迟敏感，且堆内存较小，可以选择 CMS。
• 如果堆内存较大，且需要平衡吞吐量和延迟，可以选择 G1。
• 如果堆内存非常大（TB 级别），且对延迟要求极高，可以选择 ZGC 或 Shenandoah。
• 如果不需要垃圾回收（如性能测试），可以选择 Epsilon。