JVM面试题——垃圾收集器

目录Serial / Serial OldParNewParallel / Parallel OldCMSConcurrent Mark SweepG1收集器ZGC 简介垃圾收集器对比与选择Serial / Serial Old定位最古老、最稳定的单线程串行收集器全程 STW。算法新生代复制算法老年代标记 - 压缩算法特点简单稳定适合客户端 / 单核环境停顿时间长不适合高并发服务。参数-XX:UseSerialGCParNew定位Serial 的多线程并行版本早期配合 CMS 的新生代收集器。算法新生代复制算法多线程并行老年代串行配合 Serial Old 或 CMS、标记 - 压缩算法特点多线程并行回收比 Serial 更快仍需 STW是 JDK 8 前唯一能与 CMS 配合的新生代收集器。参数-XX:UseParNewGC启用 ParNew-XX:ParallelGCThreads限制 GC 线程数Parallel / Parallel OldParNew收集器的缺点是:无法自定义线程的数量Parallel是对ParNew的改进。Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本。定位注重吞吐量的并行收集器JDK 8 默认收集器。算法新生代Parallel Scavenge复制算法老年代Parallel Old标记 - 压缩算法JDK 6 提供特点多线程并行回收追求高吞吐量支持自适应调节动态调整 Eden/Survivor 比例、晋升年龄等适合后台计算型服务对响应时间要求不高。参数-XX:UseParallelGC启用 Parallel Scavenge-XX:UseParallelOldGC启用 Parallel OldCMSConcurrent Mark Sweep定位追求低停顿的并发收集器适合互联网 / 响应敏感型服务。核心目标最短回收停顿时间提升用户体验。算法标记 - 清除算法Mark-Sweep工作流程4 阶段初始标记STW仅标记 GC Roots 直接关联的对象速度极快。并发标记与用户线程并行遍历 GC Roots 引用链耗时最长。重新标记STW修正并发标记期间因业务线程运行导致的标记变动停顿比初始标记稍长。并发清除与用户线程并行清理死亡对象。耗时第二长。核心特点STW 仅发生在初始标记和重新标记并发阶段不影响用户线程整体停顿极短预处理回收需在老年代用尽前完成回收否则会并发失败触发 Full GC。优缺点优点缺点并发收集、低停顿产生大量内存碎片与用户线程并行执行并发阶段占用 CPU降低吞吐量适合响应敏感型服务无法处理浮动垃圾需预留内存空间关键参数-XX:UseConcMarkSweepGC启用 CMS-XX:UseCMSCompactAtFullCollectionFull GC 后进行碎片整理会导致 STW 变长-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction设置多少次 Full GC 后进行一次碎片整理-XX:ParallelCMSThreads设置 CMS 线程数约等于 CPU 核心数G1收集器定位JDK 9 默认收集器目标是替代 CMS兼顾低延迟与高吞吐量。核心设计将堆划分为多个大小相等的 Region1M~32M2 的幂次方新生代和老年代不再物理隔离而是由多个 Region 组成新增HumongousH区域存储巨型对象超过 Region 大小 50%直接在新的一个或多个连续region中分配并标记为H。核心特点并行与并发充分利用多核 CPU 缩短 STW 时间部分阶段可与用户线程并发执行。分代收集保留分代概念可独立管理新生代和老年代无需配合其他收集器。空间整合整体基于标记 - 压缩算法局部基于复制算法不会产生内存碎片。可预测停顿允许用户指定MaxGCPauseMillis垃圾收集上的时间不得超过N毫秒在目标时间内优先回收垃圾最多的 RegionGarbage First。Remembered Set 优化通过 RS 记录跨 Region 引用避免全堆扫描大幅提升效率。工作流程4 阶段初始标记STW标记 GC Roots 直接关联的对象速度快。并发标记与用户线程并行进行可达性分析遍历引用链。同时通过写屏障更新 RS。最终标记STW修正并发标记期间的变动合并所有 Region 的 Remembered Set 数据确保标记结果准确。筛选回收STW对各 Region 按「回收价值 / 成本」排序根据目标停顿时间选择回收区域用复制算法清理垃圾保证停顿可控。关键参数-XX:UseG1GC启用 G1-XX:G1HeapRegionSize指定 Region 大小1M~32M2 的幂次方-XX:MaxGCPauseMillis设置目标最大 GC 停顿时间毫秒-XX:G1NewSizePercent设置新生代初始占比默认 5%-XX:G1MaxNewSizePercent设置新生代最大占比默认 60%三色标记算法并发标记核心使用可达性分析算法判断对象是否可以被回收 三色标记算法标记出来哪些对象可以被回收基本概念白色未被访问过的对象垃圾灰色已被访问但引用的对象未全部扫描黑色已被访问且引用的对象全部扫描完毕存活完整流程初始状态所有对象都是白色只有 GC Roots 是根节点。初始标记阶段把所有GC Roots 直接引用的对象A、B、E标记为灰色将这些灰色对象放入待处理队列GC Roots 本身标记为黑色表示根节点已处理完成。遍历标记阶段循环从「待扫描队列」中取出灰色对象执行以下操作遍历当前灰色对象的所有直接引用子对象若子对象为白色 → 标记为灰色并加入「待扫描队列」若子对象为灰色 / 黑色 → 无需处理当前灰色对象的所有子对象扫描完成后将其标记为黑色重复上述步骤直到「待扫描队列」为空。最终结果仍为白色的对象G无法被 GC Roots 访问到 → 判定为垃圾对象可以被回收。标记为黑色的对象可被 GC Roots 访问到 → 存活对象保留。并发标记问题与解决方案问题描述解决方案浮动垃圾已标记为存活的对象在并发标记期间变为垃圾本次 GC 不会清理留待下次处理无需处理下次 GC 自动回收漏标错杀仍被引用的对象被误判为垃圾导致空指针异常打破两个条件之一1.增量更新CMS写屏障记录黑色对象新增的白色引用重新标记时重新扫描2.原始快照SATBG1写屏障记录灰色对象断开的白色引用将其标记为黑色当作浮动垃圾留待下次处理ZGC 简介版本JDK 11 引入JDK 15 正式转正。定位超低延迟垃圾收集器目标是将停顿时间控制在亚毫秒级10ms支持 TB 级大内存。核心技术染色指针Colored Pointers将标记信息存在对象指针中无需修改对象头实现并发标记与整理。适用场景对延迟极度敏感的服务如金融、实时通信否则优先选择 G1。垃圾收集器对比与选择回收器搭配与版本变化新生代收集器Serial、ParNew、Parallel Scavenge老年代收集器Serial Old、Parallel Old、CMS整堆收集器G1独立管理新生代 老年代版本废弃JDK 9废弃 ParNewJDK 14废弃 CMS可搭配组合新生代收集器可搭配的老年代收集器SerialSerial Old / CMSParNewSerial Old / CMSParallel ScavengeSerial Old / Parallel Old核心回收器对比表收集器组合关注点核心优化适用场景Serial/Serial Old简单稳定单线程串行客户端、单核环境Parallel/Parallel Old吞吐量自适应调节、多线程并行后台计算型服务、JDK 8 默认ParNew CMS低停顿并发标记仅初始标记 / 重新标记 STW互联网 / 响应敏感型服务JDK 8 前G1平衡低延迟与吞吐量Region 划分 Remembered Set 可预测停顿JDK 9 默认通用型服务ZGC超低延迟染色指针标记存于指针对延迟要求极高、超大内存场景选择策略Serial 单线程Parallel 重吞吐CMS 求低停G1 靠 RegionRS 控停顿ZGC 极致低延迟。客户端程序Serial Serial Old简单稳定适合单核 / 桌面应用吞吐量优先Parallel Scavenge Parallel Old追求 CPU 利用率适合后台计算、大数据场景响应时间优先JDK 8 前ParNew CMS低停顿适合互联网网站、B/S 服务通用场景JDK 9G1平衡延迟与吞吐量无内存碎片可控制停顿时间极致低延迟ZGC亚毫秒级停顿适合金融、实时通信等超敏感场景