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垃圾回收器

垃圾回收集器分新生代收集器、老年代收集器、组合收集器；JDK8 默认：Parallel Scavenge + Parallel Old；JDK9 开始默认 G1；

新生代

1. Serial（串行收集器）
   单线程，STW，标记复制。
   适用：客户端、单核小应用。
   缺点：STW 时间长。启动参数：-XX:+UseSerialGC
2. Parallel Scavenge（PS，并行回收）
   多线程，标记复制。目标：吞吐量优先。
   吞吐量 = 运行用户代码时间 / (用户代码 + GC 时间)。
   搭配老年代：Parallel Old。
   参数：-XX:+UseParallelGC
3. ParNew
   多线程，标记复制。和 PS 算法一样，但可以和 CMS 配合（PS 不能和 CMS 搭配）。
   JDK8 以前 CMS 默认新生代收集器。
   参数：-XX:+UseParNewGC

老年代

1. Serial Old
   单线程，标记整理。
   用途：客户端；CMS 失败时的降级备用收集器。
2. Parallel Old
   多线程，标记整理；吞吐量优先。搭配 PS。
   JDK8 默认组合：PS + Parallel Old。
3. CMS（Concurrent Mark Sweep，并发标记清除）低延迟，并发标记 + 清除，会产生内存碎片。

阶段：初始标记 (STW) → 并发标记 → 重新标记 (STW) → 并发清除

缺点：

• 内存碎片，Full GC 后需要整理；
• 浮动垃圾；
• 并发失败（Concurrent Mode Failure）触发 Full GC，退化 Serial Old；
• 占用 CPU。
  JDK9 开始废弃 CMS。
  参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC

整堆收集器（新生代 + 老年代一起回收）

1. G1（Garbage-First）
   分区模型（Region），不再严格分新生代老年代；可预测停顿。
   算法：标记整理，整体无碎片；局部标记复制。
   目标：兼顾吞吐量和低延迟。
   优先回收垃圾最多的 Region。
   JDK9 默认 GC。
   参数：-XX:+UseG1GC
2. ZGC（Z Garbage Collector）
   JDK11 引入，JDK15 正式启用。
   目标：极低延迟，STW 几乎 ms 级。
   染色指针，读屏障；几乎全并发。
   最大堆支持 TB 级。几乎没有 STW。
   JDK17 推荐生产使用。
   参数：-XX:+UseZGC
3. Shenandoah
   RedHat 开发，和 ZGC 类似，低延迟；
   不需要移动对象时的读屏障，用转发指针。
   JDK12 引入，OpenJDK。

对比表

垃圾回收器执行流程

CMS(Concurrent Mark Sweep，并发标记清除)

CMS 是老年代收集器，目标：低延迟，尽量并发减少 STW；算法：标记清除，会产生内存碎片。
搭配新生代：ParNew。JDK9 开始废弃。
核心：只有两个阶段 STW，其余阶段 GC 线程和业务线程并发执行

初始标记->并发标记->重新标记->并发清除

1. 初始标记（Initial Mark）【STW，很短】

只标记GC Roots 直接可达的对象（第一层对象），不会递归遍历整个对象图。

暂停所有用户线程。因为只扫根直接引用，速度很快。

2. 并发标记（Concurrent Mark）【并发，无 STW】

GC 线程和业务线程同时运行。
从初始标记得到的根对象开始，递归遍历整个老年代对象图，标记所有存活对象。

⚠️ 并发阶段业务线程还在修改引用，会产生漏标问题。CMS 使用增量更新方案解决漏标：
如果黑色对象新增指向白色对象的引用，写屏障把这个黑色对象记录到灰色栈，留到 Remark 阶段重新扫描。

3. 重新标记（Remark）【STW，时间波动大】

处理并发标记阶段产生的漏标对象。
扫描灰色栈里记录的对象，重新遍历它们的引用，补标记存活对象。

这个阶段 STW 时间不确定，如果并发阶段大量新增引用，灰色栈很大，STW 会明显变长。

4. 并发清除（Concurrent Sweep）【并发，无 STW】

GC 线程和业务线程并发运行。
遍历堆，把未被标记的对象当成垃圾直接回收，不移动存活对象。

算法是标记清除，不会整理内存，会产生内存碎片。

G1（Garbage-First）

G1：Garbage-First，分区 Region 模型，整堆收集器，目标可预测停顿。
GC 分为两类：Young GC、Mixed GC；尽量避免 Full GC（Full GC 是退化，单线程 Serial Old，STW 很长）
G1 采用SATB 原始快照解决三色标记漏标。

Young GC（年轻代回收）

触发条件：Eden 区耗尽。

1. STW，暂停业务线程
2. 标记 Eden、Survivor 里存活对象
3. 复制存活对象到 Survivor Region；对象年龄增加，达到阈值晋升到老年代 Region
4. 清空 Eden

只回收年轻代 Region，不处理老年代；Mixed GC 的初始标记会依附在 Young GC 末尾，复用这次 STW，减少一次停顿

Mixed GC（混合 GC，G1 核心，老年代占比达到 IHOP 阈值触发）

一次性回收部分年轻代 + 部分垃圾最多的老年代 Region，一共 4 个阶段：

1. 初始标记（Initial Mark）【STW】
   依附在 Young GC 之后，复用 STW。只标记 GC Roots直接可达对象。

2. 并发标记（Concurrent Mark）【并发，业务线程继续跑】
   GC 线程和用户线程并发，从初始标记的对象遍历整个堆，标记存活对象。
   当业务线程删除 / 覆盖引用，SATB 写屏障会把旧对象压入 SATB 队列，防止漏标。

产生浮动垃圾：快照时刻存活，但并发阶段已经失效的对象，本次 GC 不能回收。

3. 最终标记（Remark）【STW】
   短暂暂停，处理 SATB 队列剩余对象，完成全部存活对象标记。

4. 筛选回收（Cleanup & Evacuation）【STW】
   ① 对所有 Region 按垃圾占比排序；
   ② 根据-XX:MaxGCPauseMillis目标停顿时间，挑选垃圾最多的一批 Region；
   ③复制存活对象到空闲 Region（Evacuation 转移）；
   ④ 清空这批 Region。

因为是复制存活对象，所以不会产生内存碎片。
⚠️ Mixed GC ≠ Full GC：Mixed GC 只挑选部分老年代 Region 回收，不是全部老年代。

G1如何解决三色指针漏标问题

G1 使用SATB 写屏障解决三色标记漏标问题。SATB 的核心思想：在初始标记完成那一刻拍一个逻辑快照，凡是快照时刻存活的对象，本轮 GC 一律当成存活，不允许被漏标回收。

漏标必要条件

1. 黑色对象新增引用指向白色对象
2. 灰色对象指向该白色对象的全部引用被删除

SATB 写屏障只拦截「引用删除 / 覆盖」操作。
当业务线程执行obj.field = null或者覆盖旧引用：

1. 判断：被删除的旧引用指向的对象，是否是快照内对象（地址 ≤ TAMS）
2. 如果是快照内对象 → 把这个对象压入SATB 队列
3. 如果是快照后新建对象（>TAMS）→ 不处理

重点：SATB不捕获新增引用，只捕获删除快照内对象的引用。

TAMS（Top At Mark Start）
标记开始时的 Region 分配顶指针，G1 专属，在Mixed GC 初始标记完成瞬间，给每一个 Region 记录下当时 Region 的top值。

先搞懂 Region 里的两个指针

• bottom：Region 内存起始地址
• top：对象分配游标，新对象从 top 往后分配；top 前面是已经分配的对象，top 后面是空闲空间。

Region 内存：bottom | 已分配对象 | top | 空闲空间 | end

TAMS 的作用
在初始标记完成（快照点），G1 对每个 Region 保存：TAMS = 当前Region.top
以此划分 Region 内两类对象：

1. 对象地址 ≤ TAMS：快照前分配的对象（快照内对象），SATB 保护范围。删除这类对象的引用，写屏障会把对象压入 SATB 队列。
2. 对象地址 > TAMS：快照之后并发标记阶段新建的对象（快照外对象），不受 SATB 保护。删除它的引用，写屏障不做任何处理。

✅ G1 判断对象是否属于快照内对象，底层就是比较对象地址和所属 Region 的 TAMS。

ZGC(Z Garbage Collector)

ZGC：低延迟并发垃圾收集器，目标亚毫秒级 STW，堆可以支持 TB 级。
核心技术：染色指针（Colored Pointers） + 读屏障（Load Barrier）
ZGC 是并发标记 + 并发转移（复制），全程几乎不 STW。
ZGC 没有分代，不区分新生代老年代；没有 Region，是 Page 页管理。
三色标记保护：读屏障，和 G1 SATB、CMS 增量更新不一样。

ZGC 一次 GC 分为 4 大阶段，只有初始标记、再标记两个极短 STW 阶段，STW 时间和堆大小无关，只和 GC Roots 数量相关。

1. 初始标记（Pause Mark Start）【STW｜极短】

暂停所有业务线程。
只扫描GC Roots，标记 Root 直接可达对象。

✅ STW；只找根，不递归遍历对象图。

2. 并发标记（Concurrent Mark）【并发，业务线程正常跑】

GC 线程和业务线程并发执行。
从 Root 对象开始遍历整个对象图，标记存活对象。
读屏障发挥作用：
业务线程读取对象引用时触发读屏障，检查指针染色状态；如果对象正在被移动，读屏障会转发到新地址，保证拿到正确对象。

ZGC 靠读屏障，解决并发标记时的对象引用变化问题。

3. 再标记（Pause Mark End）【STW｜极短】

短暂 STW，处理并发标记阶段遗留的少量引用，完成存活对象标记。

这是第二轮 STW，时间很短。标记阶段到此结束。

4. 并发转移（Concurrent Relocate）【并发，业务线程正常跑】

ZGC 挑选垃圾多的 Page，准备回收。
并发把存活对象复制转移到新 Page（类似复制算法）。

• 对象复制完成后，旧对象指针保留染色标记；
• 后续业务线程访问旧地址时，读屏障自动转发到新对象地址；
• 等所有引用都更新到新地址，旧 Page 直接释放回内存。

转移全程并发，不会 STW。

补充：并发转移完成后，还有一个并发重置（Concurrent Reset），重置 Page，为下一轮 GC 做准备，并发执行。

ZGC如何解决三色指针漏标问题

ZGC 使用「读屏障 + 染色指针（Colored Pointers）」来解决并发标记漏标，采用的是读快照（Load Barrier）方案。
ZGC 要保证：标记开始那一刻存活的对象，本轮 GC 一定全部标记，不能漏。

ZGC 核心：染色指针（Colored Pointer）
ZGC 在对象引用指针本身，借用地址高位几个 bit 存标记状态：

• Marked0
• Marked1
• Remapped

不是对象头！是指针本身。
所以 ZGC 要求操作系统是64位且堆不能超过 4TB，否则地址位不够。

通过染色指针，ZGC 可以不用去对象头，直接从指针就能判断对象标记状态。

ZGC 的读屏障（Load Barrier）
ZGC 没有写屏障（G1/CMS 是写屏障），ZGC 用读屏障。
读屏障：每当业务代码读取对象引用的时候，触发一小段逻辑。

当线程读取引用obj.field，读屏障会检查：
如果这个指针是未标记的快照内对象（白色），立刻把这个对象标记成存活，并且递归标记它的子对象。

ZGC并发标记核心规则
ZGC 在标记开始，选定本轮标记版本（Marked0 / Marked1，二选一交替使用）。
对象在标记开始前分配：对象引用指针上没有本轮标记版本 →快照前对象，本轮需要标记保护，防止漏标。
对象在标记开始之后分配：分配的时候直接把这个新对象的指针标记为本轮已标记（Marked0/Marked1）。
👉新对象出生即标记为存活，本轮 GC 不会去扫描、回收它，直接交给下一轮 GC。

标记举例：

• GC 周期 A 启动，选择本轮标记版本：Marked0
• 标记开始前，对象 C 已经分配，指针无 Marked0 标记 →快照内对象
• 并发标记期间，业务 new 对象 B，分配时直接打上Marked0→快照后对象
• 读屏障读到 C：C 没有 Marked0，属于快照内对象，如果白色，就标记存活
• 读屏障读到 B：B 自带 Marked0，快照后对象，直接放行，不处理

等到下一轮 GC 周期 B，切换标记版本为Marked1。此时 B 上面的 Marked0 就不再是本轮标记，B 就变成本轮快照内对象。

怎么防止漏标
漏标发生的根源：业务删掉灰色引用，同时黑色新增指向白色快照对象，GC 看不到。
在 ZGC：
只要业务线程读取这条黑色对象指向白色对象的引用，读屏障就触发，当场把白色对象标记存活。
👉 只要这条引用被业务访问一次，对象就被标记，不会丢失。

ZGC 的快照承诺：标记开始时存活的对象，本轮必须保留。
标记开始之后新创建的对象，本轮 GC 完全不处理，全部留给下一轮 GC（和 G1 不一样）。