如果说垃圾回收算法（如标记-清除、复制、标记-整理）是内存管理的理论基石，那么垃圾收集器（Garbage Collector, GC）则是这些理论在 JVM 中的具体工程实现。不同的收集器针对不同的硬件环境、堆内存大小以及应用场景（如高吞吐量或低延迟）进行了深度优化。

Serial 与 Serial Old：单线程的极致

Serial 收集器是最基础、历史最悠久的收集器。它的核心特征是"单线程"，这不仅意味着它仅使用一个 CPU 核心或一条线程来执行内存回收，更关键的是，它在执行 GC 时必须挂起所有用户线程（即 Stop-The-World, STW），直到回收完成。

尽管 STW 听起来是个缺点，但在单核处理器或客户端模式（Client Mode）下，Serial 收集器由于没有多线程上下文切换的开销，反而能达到最高的内存回收效率。Serial Old 则是其在老年代的延伸，采用标记-整理算法。

# 启用 Serial 收集器（新生代与老年代均使用单线程模式）
JAVA_OPTS="-XX:+UseSerialGC"

ParNew：多核环境下的新生代搭档

ParNew 本质上是 Serial 收集器的多线程版本。除了利用多线程并行执行垃圾回收外，其核心算法和 STW 机制与 Serial 完全一致。在单核环境下，ParNew 由于线程调度开销，性能不如 Serial；但在多核服务器环境中，其并行处理能力使其成为新生代回收的首选，且通常是 CMS 收集器的默认新生代搭档。

# 强制指定使用 ParNew 作为新生代收集器
JAVA_OPTS="-XX:+UseParNewGC"

Parallel Scavenge 与 Parallel Old：吞吐量优先

与关注停顿时间的收集器不同，Parallel Scavenge（新生代）和 Parallel Old（老年代）的设计目标是最大化系统的吞吐量。吞吐量定义为 CPU 用于执行用户代码的时间占总运行时间的比例。

高吞吐量意味着 CPU 时间被高效用于业务计算，非常适合后台批处理或科学计算任务。Parallel Scavenge 引入了自适应调节策略（Ergonomics），允许 JVM 根据运行时监控数据自动调整堆大小和代际比例。

# 启用 Parallel 收集器组合，并开启自适应大小策略
JAVA_OPTS="-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC -XX:+UseAdaptiveSizePolicy"

# 若需手动干预吞吐量指标，可配置以下参数：
# JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -XX:MaxGCPauseMillis=100"  # 目标最大停顿时间
# JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -XX:GCTimeRatio=19"        # 目标吞吐量比率 (1 / (1 + ratio))

CMS (Concurrent Mark Sweep)：低延迟的践行者

CMS 收集器专为互联网 B/S 架构设计，核心目标是获取最短的 GC 停顿时间，以提升用户体验。它基于标记-清除算法，其执行周期分为四个核心阶段：

1. 初始标记 (STW)：仅标记 GC Roots 直接关联的对象，速度极快。
2. 并发标记：从 GC Roots 出发遍历整个对象图，与用户线程并发执行。
3. 重新标记 (STW)：修正并发标记期间因用户线程运行导致的对象引用变化，停顿时间略长于初始标记，但远短于并发标记。
4. 并发清除：清理废弃对象，与用户线程并发执行。

CMS 的局限性：

• CPU 资源敏感：并发阶段会占用部分 CPU 线程，导致应用程序整体吞吐量下降。
• 内存碎片：标记-清除算法不可避免地产生空间碎片，可能提前触发 Full GC。
• 浮动垃圾：并发清除阶段产生的新垃圾只能在下次 GC 时清理。

# 启用 CMS 收集器，并配置在 Full GC 后自动进行内存碎片整理
JAVA_OPTS="-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection"

G1 (Garbage-First)：现代化的 Region 内存模型

G1 是一款面向服务端应用的高性能收集器，旨在替代 CMS。它打破了传统物理分代的界限，将整个堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region）。

每个 Region 都可以动态充当 Eden、Survivor 或 Old 区域。这种设计使得 G1 能够更灵活地管理内存，并建立可预测的停顿时间模型。此外，G1 专门划分了 Humongous 区域 来存储大小超过 Region 容量 50% 的巨型对象，避免了大对象在老年代中频繁复制带来的性能损耗。

G1 的垃圾回收模式

• Young GC：当 Eden 区域耗尽时触发，仅回收新生代 Region。存活对象被复制或晋升。
• Mixed GC：当老年代占用率达到设定阈值（InitiatingHeapOccupancyPercent）时触发。它不仅回收所有新生代 Region，还会根据停顿时间目标，智能选择部分回收价值最高的老年代 Region 进行回收。
• Full GC：当内存分配速度远超回收速度，导致堆空间耗尽时触发。G1 的 Full GC 会退化为单线程的 Serial Old 模式，造成极长的 STW，在生产环境中应通过调优极力避免。

G1 实战代码与参数调优

以下 Java 代码演示了如何通过分配大对象来触发 G1 的 Humongous 区域分配机制：

public class G1HumongousAllocationTest {
    // 假设 JVM 启动时配置 -XX:G1HeapRegionSize=2M
    // 当对象大小超过 1MB (2M的50%) 时，即被视为巨型对象
    private static final int ALLOCATION_SIZE = 1024 * 1024 * 2; // 2MB

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Initiating Humongous object allocation...");
        
        // 分配巨型对象，G1 会直接将其放入 Humongous Region (属于老年代的一部分)
        byte[] giantPayload = new byte[ALLOCATION_SIZE];
        
        // 保持强引用，模拟业务逻辑中的大缓存或大报文
        System.out.println("Payload size: " + giantPayload.length + " bytes");
    }
}

针对 G1 收集器的核心调优参数配置参考：

JVM 参数	功能描述
-XX:+UseG1GC	启用 G1 垃圾收集器。
-XX:MaxGCPauseMillis=200	设置期望的最大 GC 停顿时间目标，G1 会据此调整回收的 Region 数量。
-XX:G1HeapRegionSize=4M	手动指定 Region 大小（1M~32M，必须是 2 的幂）。影响巨型对象的判定阈值。
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45	触发并发标记周期（进而触发 Mixed GC）的堆占用率阈值，默认 45%。
-XX:G1NewSizePercent=20	新生代可动态调整的最小百分比。
-XX:G1MaxNewSizePercent=60	新生代可动态调整的最大百分比。