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垃圾回收算法：Serial、G1、ZGC、Shenandoah

Q: 「垃圾回收算法：Serial、G1、ZGC、Shenandoah」这节课中我会学到什么？

比较现代 JVM 垃圾收集器在暂停特征和吞吐量之间的权衡 你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Java Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

比较现代 JVM 垃圾收集器在暂停特征和吞吐量之间的权衡

垃圾回收算法：Serial、G1、ZGC、Shenandoah 是 CoddyKit 上的免费 Java Academy 课时。这是第 2 节课，共 4 节。你可以在下方免费阅读本课时的完整内容 — 然后在浏览器中使用内置代码编辑器和全天候 AI 导师进行实践。这是 Java Academy 学习路径的一部分，你的进度在网页和 CoddyKit 应用中同步。 Java Academy 课程共包含 4 节课。

选择垃圾回收算法

JVM 提供多种垃圾回收算法，每种算法都针对不同的工作负载进行了优化。选择合适的算法取决于堆大小、延迟要求和吞吐量目标。

// Enable GC algorithms:
// -XX:+UseSerialGC
// -XX:+UseParallelGC
// -XX:+UseG1GC       (default since Java 9)
// -XX:+UseZGC        (Java 15+ production)
// -XX:+UseShenandoahGC (Red Hat / OpenJDK builds)

串行垃圾回收

串行垃圾回收使用单个线程进行回收。垃圾回收期间，所有应用线程都会暂停（暂停整个应用）。它只适用于小堆或单 CPU 环境，例如嵌入式系统。

// Use:
// java -XX:+UseSerialGC -Xmx256m MyApp
// Pauses: long (proportional to heap size)
// Throughput: low
// Best for: CLI tools, small heaps < 100 MB

并行垃圾回收（吞吐量收集器）

并行垃圾回收使用多个线程执行次要和主要垃圾回收。其暂停整个应用的时间比串行垃圾回收更短，但仍然比较明显。它最适合批处理，因为此时吞吐量比延迟更重要。

// Use:
// java -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=8 MyApp
// Pauses: moderate
// Throughput: high
// Best for: batch jobs, number crunching

G1 垃圾回收（垃圾优先）

G1 将堆划分为大小相等的区域（约 2 KB 到 32 MB）。它优先收集垃圾最多的区域，以满足可配置的暂停目标。自 Java 9 起成为默认算法。

// Use:
// java -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 MyApp
// Pauses: bounded by target (but not guaranteed)
// Throughput: good
// Best for: large heaps (4 GB+), mixed workloads

G1 区域类型

G1 区域会动态分配为 Eden 区、Survivor 区、老年代区域或巨型区域（用于大小超过区域大小 50% 的对象）。这种灵活性支持增量式回收。

ZGC（Z 垃圾回收器）

ZGC 的大部分工作会与应用并发执行。无论堆大小如何，暂停时间通常都低于 1 毫秒。自 Java 15 起可用于生产环境。

// Use:
// java -XX:+UseZGC -Xmx16g MyApp
// Pauses: < 1 ms (usually)
// Throughput: slightly lower than G1 (concurrent work has CPU cost)
// Best for: large heaps, low-latency services (APIs, trading)

Shenandoah 垃圾回收

Shenandoah（Red Hat）也通过并发压缩实现了亚毫秒级暂停。它可用于 OpenJDK 构建版本。它与 ZGC 的目标非常相似，但采用了不同的内部算法。

// Use:
// java -XX:+UseShenandoahGC MyApp
// Available in: Red Hat builds, some AdoptOpenJDK distributions
// Pauses: sub-millisecond
// Best for: latency-sensitive workloads

分代式 ZGC（Java 21 及更高版本）

Java 21 引入了分代式 ZGC，将 ZGC 的低暂停方式与分代式回收结合起来，在保持暂停时间极短的同时降低 CPU 开销。

// Enable in Java 21+:
// java -XX:+UseZGC -XX:+ZGenerational -Xmx8g MyApp

垃圾回收暂停时间与吞吐量的权衡

没有一种垃圾回收算法在所有方面都最优。并行垃圾回收最大化吞吐量。G1 在吞吐量和延迟之间取得平衡。ZGC 和 Shenandoah 以少量吞吐量为代价，将暂停时间降至最低。

启用垃圾回收日志记录

使用 -Xlog:gc*:file=gc.log:time,uptime,level 记录垃圾回收事件。可以使用 GCViewer 或 GCEasy 等工具分析日志，以发现长时间暂停和分配量突增。

// JVM flags:
// -Xlog:gc*:file=gc.log:time,uptime,level,tags
// Inspect logs:
// cat gc.log | grep "Pause"

使用 JVM 指标监控垃圾回收

使用 ManagementFactory.getGarbageCollectorMXBeans() 以编程方式读取垃圾回收次数和耗时，或者在 Spring Boot 应用中通过 Micrometer 将这些指标导出到 Prometheus。

ManagementFactory.getGarbageCollectorMXBeans().forEach(gc ->
    System.out.printf("%s: %d collections, %d ms%n",
        gc.getName(), gc.getCollectionCount(), gc.getCollectionTime()));

快速检查

哪种垃圾回收算法在生产环境中以亚毫秒级暂停时间为目标？

回顾

小堆使用串行垃圾回收，批处理吞吐量使用并行垃圾回收，均衡型工作负载使用 G1（默认算法），超低延迟场景使用 ZGC 或 Shenandoah。在生产环境中启用垃圾回收日志记录，以便尽早发现问题。

常见问题解答

「垃圾回收算法：Serial、G1、ZGC、Shenandoah」课时是免费的吗？

是的 — 「垃圾回收算法：Serial、G1、ZGC、Shenandoah」的完整文本可在网页上免费阅读。要进行交互式练习（内置代码编辑器和全天候 AI 导师）并解锁 Java Academy 课程的其余内容，请升级到 CoddyKit PRO。 Java Academy 课程共包含 4 节课。

「垃圾回收算法：Serial、G1、ZGC、Shenandoah」这节课中我会学到什么？

比较现代 JVM 垃圾收集器在暂停特征和吞吐量之间的权衡你通过在浏览器中直接运行的动手代码来练习 Java Academy，全天候 AI 导师会在你学习这节课的过程中回答你的问题。

学习 Java Academy 需要有经验吗？

无需任何先前经验。CoddyKit 上的 Java Academy 课程适合初学者到高级学习者，你可以从这里开始或从头开始，按照自己的节奏学习。这是第 2 节课，共 4 节。

「垃圾回收算法：Serial、G1、ZGC、Shenandoah」课时需要多长时间？

大多数 CoddyKit 课程大约需要 5–10 分钟。每节课都很精短且互动，所以你能稳步进步，并在网页和应用中从离开的地方继续。

我能在这节 Java Academy 课中编写并运行代码吗？

能。每节 Java Academy 课都包含内置代码编辑器，你可以在浏览器中直接编写并运行真实代码，并获得即时 AI 反馈 — 无需本地设置。

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