目录
8、Parallel Scavenge / Parallel Old收集器
9、CMS收集器（全名：Concurrent Mark Sweep）
11、ZGC收集器（全名：Z Garbage Collector）
JVM（Java虚拟机）需要垃圾收集器是为了自动管理和回收程序运行时产生的内存中的垃圾对象，以提高内存的利用率和程序的性能。以下是几个原因：
动态分配内存：Java程序在运行时使用动态分配的内存。程序员无需显式地分配和释放内存，而是依赖于垃圾收集器来自动管理内存。这减轻了程序员的负担，并减少了内存泄漏和悬挂指针等常见的低级错误。
自动回收垃圾对象：Java程序创建的对象可能会在程序的执行过程中变得不再可访问或不再需要。如果没有垃圾收集器，这些废弃的对象将继续占用内存空间，导致内存泄漏和内存耗尽。垃圾收集器会自动识别和回收这些垃圾对象，释放内存供其他对象使用。
解决内存碎片问题：在程序执行过程中，对象的创建和销毁是动态的，可能导致内存中出现不连续的空闲内存碎片。这使得分配大对象或连续内存块变得困难。垃圾收集器通过执行内存整理操作，将存活对象移动到一起，从而减少了内存碎片，使得内存分配更加高效。
提高性能：垃圾收集器可以根据应用程序的行为和工作负载动态地调整内存回收的策略。通过优化垃圾收集的算法和策略，可以最大限度地减少垃圾收集的停顿时间，提高应用程序的响应性能和吞吐量。
JVM需要垃圾收集器是为了自动管理内存并回收废弃对象，避免内存泄漏和内存耗尽问题，同时提高内存的利用率和程序的性能。垃圾收集器通过自动化内存管理，简化了程序员的工作，使得开发更加高效和安全。
| 垃圾收集器 | 收集类型 | 收集算法 | 多线程支持 | 目标 |
|---|---|---|---|---|
| Serial | 年轻代 | 标记-复制 | 否 | 小型应用，停顿时间较长 |
| ParNew | 年轻代 | 标记-复制 | 是 | 与CMS收集器搭配使用，减少停顿时间 |
| Parallel Scavenge | 年轻代 | 标记-复制 | 是 | 高吞吐量应用，减少停顿时间 |
| Serial Old | 老年代 | 标记-整理 | 否 | Serial收集器无法满足的需求 |
| Parallel Old | 老年代 | 标记-整理 | 是 | 高吞吐量应用的老年代收集 |
| CMS | 年轻代和老年代 | 标记-清除 | 是 | 对停顿时间敏感的应用 |
| G1 | 年轻代和老年代 | 分代收集 | 是 | 大堆、低延迟的应用 |
| ZGC | Region内存布局 | 标记-整理 | 是 | 大堆、极低延迟的应用 |
因为部分垃圾收集器是只针对新生代或者只针对老年代的垃圾收集，所以下面开始介绍不同垃圾收集器的特点。
Serial垃圾收集器是Java虚拟机中的一种垃圾收集器，具有以下特点：
单线程：Serial收集器是单线程收集器，即在进行垃圾收集时只使用一个线程。这意味着它只能利用单个CPU核心来执行垃圾收集操作。
标记-复制算法：Serial收集器使用"标记-复制"算法来进行垃圾收集。首先，它会标记所有活动对象，然后将存活对象复制到一个新的区域，同时清除非存活对象。这样可以保证新生代的内存空间始终是连续的。
针对新生代：Serial收集器主要用于收集新生代，即年轻代中的Eden区和Survivor区。它通过使用复制算法来实现高效的垃圾回收。
暂停应用线程：在进行垃圾收集期间，Serial收集器会暂停所有的应用线程。这意味着在垃圾收集期间，应用程序的执行将会停顿。
ParNew（并行新生代）垃圾回收器是一种多线程的垃圾回收器，主要用于新生代（Young Generation）的垃圾回收。下面是ParNew垃圾回收器的特点介绍：
需要注意的是，ParNew垃圾回收器主要关注吞吐量（吞吐量=运行用户代码的时间 / (运行用户代码的时间 + 垃圾收集时间)），而不是追求最低的停顿时间。如果应用程序对停顿时间要求非常严格，可以考虑其他的垃圾回收器，如G1或ZGC。
Parallel Scavenge（并行Scavenge）垃圾回收器是一种多线程的垃圾回收器，主要用于新生代（Young Generation）的垃圾回收。
Parallel Scavenge垃圾回收器注重的是整体吞吐量，而不是追求最低的停顿时间。如果应用程序对停顿时间要求非常严格，可以考虑其他的垃圾回收器，如G1或ZGC。
Serial Old收集器是Java虚拟机中的一种垃圾收集器，用于管理老年代（Old Generation）的垃圾回收。下面是Serial Old收集器的主要特点：
单线程：Serial Old是一种单线程收集器，它只使用一个线程进行垃圾回收操作。这意味着它不能充分利用多核处理器的优势，因此在并行处理能力上相对较弱。
标记-整理算法：Serial Old收集器使用标记-整理（Mark-Compact）算法进行垃圾回收。首先，它会对堆中的存活对象进行标记，然后将存活对象向堆的一端移动，最终清理掉堆的另一端上的无效对象。这样可以使得堆中的对象紧凑排列，减少了碎片化。
暂停应用线程：由于Serial Old收集器是单线程的，它在执行垃圾回收时需要暂停应用程序的执行。这就意味着在进行垃圾回收期间，应用程序的运行会发生停顿，停顿时间相对较长。对于大型的内存堆或具有复杂对象图的应用程序，停顿时间可能会更长。
与Serial收集器配合使用：Serial Old收集器通常与Serial收集器（用于年轻代）搭配使用。这种组合被称为"Serial/Serial Old"收集器组合。在这种组合中，Serial收集器负责年轻代的垃圾回收，而Serial Old收集器负责老年代的垃圾回收。
Serial收集器适用于小型应用程序和单核处理器环境，它通过单线程和标记-复制算法来实现简单而高效的垃圾收集。然而，由于其暂停应用程序执行的特性，不适合对停顿时间要求较高的应用程序。
随着Java虚拟机的发展，更先进的并行收集器和并发收集器被引入，它们在处理垃圾回收时提供了更好的吞吐量和较短的停顿时间。因此，在现代的Java应用程序中，Serial Old收集器的使用场景相对较少，更多地采用并行收集器（如Parallel Old）或者并发收集器（如G1、CMS、ZGC）来满足不同的需求。
Parallel Old（并行老年代）收集器是一种多线程的垃圾回收器，专门用于老年代（Tenured Generation）的垃圾回收。
适用场景：
优点：
缺点：
可以看出一款单线程的垃圾回收器产品的弊端是多么明显，因此针对此弊端而诞生的回收器——ParNew / Serial Old收集器 出现了
优点：
缺点：
即使这样，老年代的垃圾回收还是单线程的。对此又研发了新的垃圾回收器——Parallel Scavenge / Parallel Old收集器
优点：
缺点：
吞吐量问题解决了，但是由stop the world所引起的停顿时间长问题还是没有解决，因此又出现了CMS收集器
CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的并发垃圾回收器。
优点：
缺点：
CMS收集器虽然在一定程度上降低了垃圾回收的停顿时间，但仍然存在全局暂停（Stop-The-World）的情况，尤其在进行并发标记和并发清除时。这些全局暂停可能会对应用程序的响应性产生影响。而在面对高负载或极端场景时，可能会出现由于CPU资源竞争等因素导致的性能下降情况。因此出现了G1收集器。
G1（Garbage-First）收集器是一种面向服务端应用程序的垃圾回收器，它通过使用分区（Region）的方式，可以将垃圾回收的停顿时间更加可控，使得停顿时间更加均匀分布，降低了对应用程序的影响。在面对高负载或极端场景时，通过使用多个并行垃圾回收线程和更好的内存管理策略，可以提供更稳定和可预测的性能，尤其在大内存堆和多核处理器的环境下表现更好。
优点：
可预测的停顿时间：G1收集器通过将堆划分为多个固定大小的区域（Region），并采用增量和并发的方式进行垃圾回收，从而实现可预测的停顿时间。它会根据用户设置的停顿时间目标（Pause Time Goal）来动态地调整回收策略，尽量保持垃圾回收的停顿时间在可接受的范围内。
内存整理和碎片处理：G1收集器会在后台进行部分的内存整理和压缩操作，以减少内存碎片的产生。它采用了分代的思想，优先回收垃圾较多的区域，从而提高了内存的利用率。
并行和并发执行：G1收集器在垃圾回收过程中使用了多个并行垃圾回收线程，同时还利用多核处理器的优势进行并发标记和并发清理，以提高垃圾回收的效率和吞吐量。
可控的内存回收：G1收集器根据应用程序的需求，可以设定目标的垃圾回收时间。它会根据垃圾回收的成本和堆的使用情况，智能地选择回收的区域和回收的时间点，以达到最佳的吞吐量和停顿时间的平衡。
缺点：
初始标记和最终标记的停顿时间：G1收集器在执行初始标记（Initial Mark）和最终标记（Final Remark）时，需要进行全局的垃圾回收，因此会有一定的停顿时间。尽管这两个阶段的停顿时间通常较短，但仍可能对某些对停顿时间要求极高的应用程序产生影响。
需要更多的系统资源：相比于其他垃圾回收器，G1收集器需要更多的系统资源，包括CPU和内存。尤其在大堆和高负载的情况下，G1收集器可能需要更多的CPU资源来执行垃圾回收操作。
ZGC（Z Garbage Collector）是一种面向大内存堆和低延迟的垃圾回收器，它具有以下优点和一些考虑的缺点。
优点：
低停顿时间：ZGC的主要优势是在控制垃圾回收停顿时间方面。它采用了并发标记-整理算法，在与应用程序并发执行的情况下进行垃圾回收操作，极大地减少了全局停顿的时间。通常，ZGC的停顿时间保持在10ms以内（jdk1.6之后的停顿时间已经控制到1ms以内），对于需要高响应性和低延迟的应用程序非常有利。
分代压缩：ZGC使用了压缩指针和位图等技术来追踪对象的存活状态，从而减少了垃圾回收器的内存占用。它能够有效地处理大内存堆，并减少垃圾回收器本身的开销。
可扩展性：ZGC能够在多核处理器上运行，并利用多线程来并发执行垃圾回收操作，以提高垃圾回收的吞吐量和性能。
适应动态环境：ZGC在设计上考虑了应用程序的动态变化。它能够动态调整回收策略和内存布局，以适应应用程序的变化和垃圾回收的需求。
缺点：
垃圾回收性能：相对于一些其他垃圾回收器，如G1收集器，ZGC在整体垃圾回收性能方面可能略低。这是因为ZGC的主要关注点是低延迟，而不是最大化吞吐量。在某些高负载情况下，ZGC可能会牺牲一些吞吐量来实现低停顿时间。
初始标记时间：ZGC在执行垃圾回收的初始标记阶段会有一个全局停顿时间，用于标记根对象和直接可达的对象。虽然这个停顿时间通常较短，但在某些应用场景中仍可能对性能产生一定影响。
内存压缩：ZGC的压缩阶段可能会引起更长的停顿时间。在需要压缩内存的情况下，ZGC会执行更大的全局停顿以整理内存，并且在这个过程中可能会有更高的延迟。
影响垃圾回收的因素之一 ——"Stop-the-world"（停止一切）是一种垃圾回收过程中的一种现象，它指的是在进行垃圾回收时，应用程序的执行被临时暂停或停止。停止一切的目的是为了确保垃圾回收器能够安全地操作内存，并保证对象的一致性。
垃圾回收过程中会发生停止一切的情况的原因有多种，其中包括：
标记阶段：在标记-清除或标记-整理算法中，垃圾回收器需要标记哪些对象是存活的，而这个过程需要遍历对象图，并标记根对象及其可达对象。在这个标记阶段，为了保证对象图的一致性，需要停止应用程序的执行。
并发阶段初始标记：某些垃圾回收器采用了并发标记-整理算法，在并发标记阶段的初始标记阶段需要标记根对象和直接可达对象。为了确保标记的准确性，需要在这个阶段停止应用程序的执行。
内存整理：某些垃圾回收器（如标记-整理算法）在回收过程中需要对内存进行整理，将存活的对象整理到一端，以便回收未使用的内存。在这个整理阶段，需要停止应用程序的执行。
| 垃圾收集器 | 使用场景 | 用途 |
|---|---|---|
| Serial | 小型应用或测试环境，注重简单和可预测的垃圾回收 | 单线程的小型应用、开发和测试环境、桌面应用程序 |
| ParNew | 多核处理器环境，强调吞吐量 | Web服务器、后端应用程序、具有多核处理器的中小型应用、或与CMS搭配使用 |
| Parallel Scavenge | 专注于吞吐量和整体性能，对停顿时间要求不敏感 | 数据处理应用、科学计算、需要最大化吞吐量而不太关心停顿时间的高负载应用 |
| Serial Old | 小型应用或测试环境，注重简单和可预测的垃圾回收 | 单线程的小型应用、开发和测试环境 |
| Parallel Old | 多核处理器环境，强调吞吐量和整体性能 | Web服务器、后端应用程序、具有多核处理器的中小型应用 |
| Serial / Serial Old | 单线程环境，对停顿时间要求不高，堆内存较小 | 个人电脑上运行的简单Java应用、小型服务器上的简单Web应用、嵌入式系统 |
| ParNew / Serial Old | 多线程环境，对停顿时间要求不高，以及与CMS配合使用 | 大部分客户端应用、Web应用服务器，中小型企业应用 |
| Parallel Scavenge / Parallel Old | 多核环境，对吞吐量要求高，注重整体性能而非低延迟，堆内存较大 | 数据分析应用、科学计算应用、大型企业应用 |
| CMS | 多核环境，对停顿时间要求较低，以及与ParNew配合使用，注重减少全局停顿时间 | 大型企业应用、Web应用服务器、需要快速响应的实时系统 |
| G1 | 大内存堆环境，对停顿时间要求较低，高吞吐量，注重整体性能，需要更可控的垃圾回收行为 | 大型企业应用、高性能计算、需要可预测停顿时间的实时系统 |
| ZGC | 大内存堆环境，对停顿时间要求极低，注重低延迟，需要高吞吐量，对内存占用敏感 | 大规模互联网应用、云计算环境、需要处理大内存的实时系统 |
