Java垃圾回收器（GC）：什么是垃圾回收？如何选择 G1、ZGC 与 Shenandoah？
Java垃圾回收器（GC）：什么是垃圾回收？如何选择 G1、ZGC 与 Shenandoah？
猫头虎
发布于 2024-12-24 08:35:14
发布于 2024-12-24 08:35:14
Java垃圾回收器（GC）：什么是垃圾回收？如何选择 G1、ZGC 与 Shenandoah？
粉丝提问：
Java 的垃圾回收器（GC）有什么作用？G1、ZGC 和 Shenandoah 有什么区别？如何根据场景选择最适合的 GC？
本文将通过丰富的代码示例深入讲解垃圾回收（Garbage Collection）的核心概念，比较 G1、ZGC 与 Shenandoah 的特性，提供调优技巧，助你选择最适合的 GC。
正文
一、什么是垃圾回收（GC）？
垃圾回收（GC）是 Java 虚拟机（JVM）自动内存管理的一部分，用于回收不再使用的对象内存。
1. GC 的工作原理
- 可达性分析：通过遍历引用链判断对象是否可达。
- 内存回收策略：清理不可达对象的内存并整理堆空间。
示例：GC 自动管理内存
public class GCDemo {
public static void main(String[] args) {
// 创建一个对象
GCDemo demo = new GCDemo();
System.out.println("对象已创建：" + demo);
// 将引用置为 null，便于回收
demo = null;
// 强制调用垃圾回收（仅建议测试使用）
System.gc();
System.out.println("垃圾回收已触发");
}
@Override
protected void finalize() throws Throwable {
System.out.println("对象被回收：" + this);
}
}作者名片 ✍️
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- 作者微信号：Libin9iOak
- 作者公众号：猫头虎技术团队
- 更新日期：2024年12月16日
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二、垃圾回收器的种类
Java 提供多种垃圾回收器，每种都有其特点和适用场景。
1. G1 垃圾回收器
- 特点：分代式回收，分区（Region）设计，用户可设置暂停时间目标。
- 适用场景：需要低延迟的大型应用，如电商、游戏服务器。
代码示例：使用 G1
public class G1GCDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("G1 GC 示例启动");
for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 创建大对象
}
System.out.println("G1 GC 示例结束");
}
}启动参数：
java -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 G1GCDemo2. ZGC（Z Garbage Collector）
- 特点：暂停时间通常低于 10ms，支持超大内存（16TB）。
- 适用场景：延迟敏感和内存密集型应用。
代码示例：使用 ZGC
public class ZGCDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("ZGC 示例启动");
for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 创建大对象
}
System.out.println("ZGC 示例结束");
}
}启动参数：
java -XX:+UseZGC -Xmx16G ZGCDemo3. Shenandoah
- 特点：并发压缩，暂停时间在 10ms~100ms 之间，适合混合负载。
- 适用场景：中大型内存应用，兼顾延迟和吞吐。
代码示例：使用 Shenandoah
public class ShenandoahGCDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Shenandoah GC 示例启动");
for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
byte[] data = new byte[1024 * 1024]; // 创建大对象
}
System.out.println("Shenandoah GC 示例结束");
}
}启动参数：
java -XX:+UseShenandoahGC ShenandoahGCDemo4、GC 调优示例
1. 控制 G1 的暂停时间
通过 -XX:MaxGCPauseMillis 设置目标暂停时间。
代码示例
java -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=50 -Xmx4G G1GCDemo2. 监控垃圾回收性能
使用 GC 日志分析回收行为。
启动参数
java -Xlog:gc* -XX:+UseG1GC G1GCDemo输出示例
[0.048s][info][gc] GC pause (G1 Evacuation Pause) (young)
[0.050s][info][gc] GC pause (G1 Mixed) (to-space exhausted)3. 在 ZGC 中优化内存使用
通过 -Xmx 设置堆内存上限，优化内存分配。
代码示例
java -XX:+UseZGC -Xmx8G ZGCDemo作者名片 ✍️
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三、G1、ZGC 与 Shenandoah 对比
特性 | G1 | ZGC | Shenandoah |
|---|---|---|---|
暂停时间 | 可控（用户设置目标） | 极低（10ms 以下） | 较低（10ms~100ms） |
并发回收 | 部分并发 | 几乎全并发 | 大部分并发 |
内存大小支持 | 大型内存（4GB~16TB） | 超大内存（16TB） | 中大型内存（1GB~10TB） |
适用场景 | 在线系统 | 实时性要求高的系统 | 混合负载系统 |
性能稳定性 | 较高 | 极高 | 较高 |
四、如何选择适合的垃圾回收器？
1. 根据应用延迟需求
- 低延迟场景：选择 ZGC 或 Shenandoah。
- 延迟可控场景：选择 G1，通过
-XX:MaxGCPauseMillis设置目标暂停时间。
2. 根据内存大小
- 大内存（> 4GB）：推荐 G1 或 ZGC。
- 超大内存（> 10TB）：优先选择 ZGC。
3. 根据吞吐与并发需求
- 吞吐优先：选择 G1 或 Shenandoah，适合高吞吐负载场景。
- 并发优先：选择 ZGC，减少垃圾回收对应用的干扰。
五、GC 调优技巧与常见问题
1. 调优 G1 回收器
常用参数
-XX:MaxGCPauseMillis=<time>：设置最大暂停时间（如 100ms）。-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=<percent>：设置老年代启动垃圾回收的阈值。
示例
java -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 MyApp2. 调优 ZGC 回收器
常用参数
-XX:+UseZGC：启用 ZGC。-Xmx<size>：设置最大堆内存大小。
示例
java -XX:+UseZGC -Xmx16G MyApp3. 常见问题 Q&A
Q1：如何监控垃圾回收性能？
A：使用以下工具：
- GC 日志：通过
-Xlog:gc*启用详细 GC 日志。 - 监控工具：如 JVisualVM、JConsole 或 Java Flight Recorder。
Q2：为什么 ZGC 回收时间短？
A：ZGC 几乎所有回收操作都在并发完成，避免了全停顿。
Q3：G1 为什么比 CMS 更适合低延迟场景？
A：G1 的分区式收集和暂停时间目标设计，使其更适合延迟敏感的场景。
六、总结
选择垃圾回收器的关键点：
- 根据 延迟需求：延迟敏感选 ZGC，低延迟选 Shenandoah。
- 根据 内存大小：大内存选 G1，超大内存选 ZGC。
- 根据 工作负载类型：混合负载选 Shenandoah，高吞吐负载选 G1。
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：2024-12-23，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除
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