零基础学习性能测试第五章：JVM性能分析与调优-垃圾回收器的分类与回收-EW帮帮网

一、垃圾回收器分类三维图

二、7大经典回收器对比表（核心特性+适用场景）

回收器	分代	线程模式	算法	适用场景	STW时间	启用参数
Serial	新生代	单线程	复制	客户端程序/小内存	高	`-XX:+UseSerialGC`
ParNew	新生代	并行	复制	CMS搭档	中	`-XX:+UseParNewGC`
Parallel Scavenge	新生代	并行	复制	吞吐量优先应用	中	`-XX:+UseParallelGC`
Serial Old	老年代	单线程	标记-整理	Client模式	高	默认启用
Parallel Old	老年代	并行	标记-整理	吞吐量优先应用	中	`-XX:+UseParallelOldGC`
CMS	老年代	并发	标记-清除	Web服务/低延迟系统	低（但存在浮动垃圾）	`-XX:+UseConcMarkSweepGC`
G1	全堆	并发	分区+标记-整理	大内存(6G+)/平衡吞吐与延迟	可预测	`-XX:+UseG1GC`
ZGC	全堆	并发	着色指针+读屏障	超大堆(TB级)/极致低延迟	<10ms	`-XX:+UseZGC`
Shenandoah	全堆	并发	转发指针	低延迟/大堆	<10ms	`-XX:+UseShenandoahGC`

📌 核心选择标准：

吞吐量优先 → Parallel Scavenge + Parallel Old

低延迟优先 → G1/ZGC/Shenandoah

小内存 → Serial + Serial Old

三、回收器工作机制图解

1. Serial回收器 - “单线程保洁员”

特点：简单高效无竞争，但STW时间长

2. CMS回收器 - “低延迟专家”

四步过程：

初始标记：标记GC Roots直接关联对象（STW短）
并发标记：遍历对象图（与用户线程并发）
重新标记：修正并发标记变动（STW中）
并发清除：清理垃圾对象（并发）

致命缺陷：内存碎片 + 并发模式失败（Concurrent Mode Failure）

3. G1回收器 - “分区回收大师”

核心创新：

将堆划分为等长Region（默认2048个）
优先回收价值最大的Region（垃圾比例高）
可预测停顿模型：-XX:MaxGCPauseMillis=200

4. ZGC回收器 - “TB级堆的极速王者”

三大黑科技：

着色指针：在指针中存储对象状态信息
读屏障：动态修正对象引用
内存映射：支持TB级堆，STW<10ms

适用场景：云原生/大数据/实时交易系统

四、不同场景回收器选型指南

场景1：电商大促系统（8核16G）

# 目标：平衡吞吐与延迟
-XX:+UseG1GC 
-XX:MaxGCPauseMillis=200 
-XX:G1HeapRegionSize=4m

场景2：金融交易系统（低延迟要求）

# 亚毫秒级暂停
-XX:+UseZGC 
-XX:+ZGenerational  # JDK21+启用分代ZGC
-Xmx32g

场景3：数据分析批处理（吞吐优先）

# 最大化计算资源利用率
-XX:+UseParallelGC 
-XX:ParallelGCThreads=8 
-XX:GCTimeRatio=99  # GC时间占比<1%

五、调优实战案例：日活百万的APP后端优化

问题现象：

高峰期API延迟飙升至2秒
CMS频繁发生Concurrent Mode Failure

优化过程：

诊断工具：

# 发现老年代碎片率45%
jmap -heap <pid>

# GC日志显示：
[CMS-concurrent-mark: 1.234/2.345 secs]
[CMS Failure: Allocation Failure]

切换回收器：

# 从CMS迁移到G1
-XX:+UseG1GC 
-XX:MaxGCPauseMillis=150
-XX:G1HeapRegionSize=4m

结果对比：

指标	CMS	G1	提升幅度
平均延迟	1240ms	230ms	81%↓
99%延迟	3560ms	450ms	87%↓
Full GC次数	12次/小时	0次	100%↓

六、新一代回收器对比（ZGC vs Shenandoah）

特性	ZGC（Oracle）	Shenandoah（RedHat）
最大堆	16TB	16TB
暂停时间	<10ms	<10ms
分代支持	JDK21+（-XX:+ZGenerational）	暂不支持
内存开销	15-20%	10-15%
压缩指针	必须启用	可选
适用JDK	JDK11+	JDK8u/11/17

💡 选型建议：

OpenJDK环境 → Shenandoah（兼容性更好）

Oracle JDK → ZGC（官方支持更强）

七、回收器参数优化模板

G1调优模板（16G堆）：

-XX:+UseG1GC
-Xms12g -Xmx12g
-XX:MaxGCPauseMillis=200       # 目标暂停时间
-XX:G1HeapRegionSize=4m        # 区域大小
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 # 老年代占比45%触发GC
-XX:ConcGCThreads=4            # 并发线程数
-XX:G1ReservePercent=15        # 保留内存防晋升失败

ZGC调优模板（大内存）：

-XX:+UseZGC
-Xms24g -Xmx24g
-XX:ConcGCThreads=8            # 并发线程数
-XX:SoftMaxHeapSize=20g        # 动态堆调整上限
-XX:+ZProactive                # 主动触发回收
-XX:+ZGenerational             # JDK21+启用分代

八、终极选型决策树

在这里插入图片描述

避坑指南：

CMS在JDK14被废弃，JDK17移除 → 勿在新项目使用

G1的-XX:MaxGCPauseMillis只是目标值，非硬承诺

ZGC在JDK21前无分代 → 年轻代回收效率低

通过本指南，您将掌握：
✅ 主流回收器核心工作机制
✅ 不同场景下的选型策略
✅ 关键参数优化技巧
✅ 避免回收器选型误区
✅ 应对高并发低延迟的终极方案

立即行动：使用命令java -XX:+PrintFlagsFinal -version | grep GC 查看当前JVM默认回收器！

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