Java 垃圾收集器详解：CMS, G1, ZGC

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Java 垃圾收集器详解：CMS, G1, ZGC

Java 虚拟机（JVM）内置的垃圾收集机制是 Java 程序能够自动管理内存的关键。随着 Java 应用程序规模的增长和技术的进步，垃圾收集器的设计也在不断演进，以满足更高性能、更低延迟的需求。本文将详细介绍 CMS、G1 和 ZGC 这三种垃圾收集器，并提供一个详细的对比表格。

CMS（Concurrent Mark Sweep）

CMS 收集器是一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器，非常适合对响应时间有严格要求的应用场景。CMS 使用多线程并行执行垃圾收集工作，从而减少应用程序暂停的时间。

特点

• 并发清理：CMS 在进行垃圾收集时，会尽量与其他应用程序线程一起工作，减少停顿时间。
• 低停顿时间：通过并行执行，可以显著减少 GC 的停顿时间。
• 内存碎片问题：CMS 不进行内存压缩，可能导致内存碎片。

命令行参数

启动 JVM 并指定使用 CMS 收集器可以通过以下参数：

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java -XX:+UseConcMarkSweepGC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

代码示例

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public class CMSExample {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] placeholder;
        while (true) {
            placeholder = new byte[1024 * 1024]; // 分配1MB的空间
            placeholder = null; // 允许这个对象被收集
        }
    }
}

G1（Garbage First）

G1 是一种兼顾吞吐量和停顿时间的垃圾收集器，它将堆划分为多个大小相等的区域（region），并能独立地回收这些区域。这种设计使得 G1 能够更好地预测和控制 GC 停顿时间。

特点

• 分区式回收：G1 将堆划分为多个小块，每一块都可以独立地被回收。
• 可预测性：通过设置期望的最大停顿时间，G1 可以更好地适应不同应用的需求。
• 吞吐量优化：通过选择合适的区域进行回收，可以在保证性能的同时减少停顿时间。

命令行参数

启动 JVM 并指定使用 G1 收集器可以通过以下参数：

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java -XX:+UseG1GC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

ZGC（Z Garbage Collector）

ZGC 是为了解决大堆（数十 GB 到数 TB）下的垃圾收集问题而设计的。ZGC 的目标是在任何情况下都能保持较低的 GC 停顿时间，即使是在大堆的情况下也是如此。

特点

• 低延迟：ZGC 设计的目标是确保 GC 停顿时间不超过 10 毫秒，无论堆的大小是多少。
• 并发标记：ZGC 使用并发标记算法来减少应用程序的停顿时间。
• 无碎片压缩：ZGC 在每次回收后都会进行内存压缩，以减少内存碎片。

命令行参数

启动 JVM 并指定使用 ZGC 收集器可以通过以下参数：

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java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

对比表格

为了更直观地对比这几种垃圾收集器，以下是一个包含主要特性和指标的对比表格：

垃圾收集器	发布版本	特点	主要优点	主要缺点	最佳使用场景
Serial	JDK 1.0	单线程	简单，消耗资源少	吞吐量低，不适合多核处理器	单核机器上的小型应用
Parallel	JDK 1.3	多线程，吞吐量优先	高吞吐量	较长的停顿时间	需要最大化吞吐量的应用
ParNew	JDK 1.4	并发，多线程年轻代收集器	并发收集，适合多核处理器	仅年轻代，不支持老年代	多核机器上的应用
CMS	JDK 5	并发标记，低停顿时间	低停顿时间	内存碎片，不适合大堆	对响应时间敏感的应用
G1	JDK 7u40	并发标记，分区式收集	可预测停顿时间，适合大堆	较高的 CPU 使用率	对停顿时间和吞吐量都有要求的应用
ZGC	JDK 11	低延迟，无碎片压缩	极低的停顿时间，适合大堆	较高的内存占用	对停顿时间有严格要求的大堆应用
Shenandoah	JDK 9	低延迟，无碎片压缩	极低的停顿时间，适合大堆	实验性质较强	对停顿时间有严格要求的大堆应用
Epsilon	JDK 11	无操作收集器	几乎没有 GC 开销	不实际用于生产环境	测试 GC 开销

命令行参数示例

以下是使用不同垃圾收集器的一些命令行参数示例：

Serial

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java -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

Parallel

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java -XX:+UseParallelGC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

ParNew

代码语言：javascript代码运行次数：0运行复制

java -XX:+UseParNewGC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

CMS

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java -XX:+UseConcMarkSweepGC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

G1

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java -XX:+UseG1GC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

ZGC

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java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

Shenandoah

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java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseShenandoahGC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

Epsilon

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java -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseEpsilonGC -Xms200m -Xmx200m -jar yourapp.jar

总结

选择合适的垃圾收集器需要综合考虑应用程序的特点和性能需求。如果需要最小化应用程序的停顿时间，可以选择 CMS 或者 ZGC；如果需要平衡吞吐量和停顿时间，则 G1 是一个不错的选择。对于大堆的应用，ZGC 和 Shenandoah 提供了极低的停顿时间，而 Parallel 和 ParNew 更适合需要高吞吐量的应用。未来随着 Java 技术的发展，新的垃圾收集器将会不断出现，以满足更多样化的需求。

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划，分享自作者个人站点/博客。 原始发表：2024-09-19，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent 删除前往查看cms并发命令行内存java

本文标签： Java 垃圾收集器详解CMSG1ZGC