GC 性能指标/回收器发展/组合关系

GC 性能的两大核心指标

评价一个 GC 收集器的性能，主要看两个指标：

指标	说明	优化方向
吞吐量（Throughput）	应用实际运行时间占总时间的比例	单位时间内处理的任务数量
停顿时间（Latency）	GC 暂停应用线程的时长	单次停顿和频率

总时间 = 应用运行时间 + GC 暂停时间

吞吐量 = 应用运行时间 / 总时间

如果 GC 停顿了 10 秒，总时间是 100 秒：
吞吐量 = 90 / 100 = 90%

吞吐量 vs 停顿时间：鱼与熊掌

优化目标	侧重	场景
高吞吐量	最大化应用运行时间	批处理、数据计算
低延迟	最小化单次停顿	Web 服务、实时交易

现实：吞吐量和停顿时间往往是对立的——高吞吐量意味着每次 GC 回收更多对象，但停顿时间可能更长。

GC 性能指标详解

1. 吞吐量

public class ThroughputDemo {
    public static void main(String[] args) {
        long start = System.currentTimeMillis();
        int count = 0;
        for (int i = 0; i < 1_000_000; i++) {
            count += i;
        }
        long end = System.currentTimeMillis();
        System.out.println("执行时间：" + (end - start) + " ms");
        System.out.println("吞吐量：" + (end - start) / 1000.0 + " s");
    }
}

2. 停顿时间

# 打印 GC 停顿时间
java -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime MyApp
# GCApplicationConcurrentTime: 99987 ms
# → 99.987 秒内没有 GC

3. 停顿频率

GC 类型	停顿频率	说明
MinorGC	高（每分钟多次）	年轻代满即触发
FullGC	低（每天几次）	老年代满触发
G1 MixedGC	可控	可设置目标停顿时间

4. Footprint（内存占用）

GC 本身的内存开销：Remembered Set、Card Table、GC 日志缓冲等。

GC 收集器的发展历程

时间线：
1995 ──→ Java 1.0 ──→ Serial GC
    │
2002 ──→ Java 1.4 ──→ Throughput GC（Parallel GC）
    │
2006 ──→ Java 6 ──→ CMS GC（并发标记清除）
    │
2012 ──→ Java 7 ──→ G1 GC
    │
2017 ──→ Java 9 ──→ G1 成为默认 GC
    │
2018 ──→ Java 11 ──→ ZGC（可扩展低延迟 GC）
    │
2023 ──→ Java 21 ──→ ZGC 成为默认 GC

七种经典 GC 收集器

收集器	年轻代	老年代	算法	停顿	JDK 版本
Serial	Serial	Serial Old	复制 / 标记-压缩	长停顿	1.3+
ParNew	ParNew	-	复制	短停顿	1.4+
Throughput（Parallel）	Parallel Scavenge	Parallel Old	复制 / 标记-压缩	长停顿	1.4+
CMS	ParNew	CMS	复制 / 标记-清除	短停顿（并发）	1.5+
G1	G1	G1	复制 / 标记-清除	可预测停顿	7+
ZGC	ZGC	ZGC	着色指针 + 读屏障	亚毫秒	11+
Shenandoah	Shenandoah	Shenandoah	着色指针 + 转发指针	亚毫秒	12+

收集器组合关系

年轻代收集器 ──→ 老年代收集器（组合）

Serial ──────────────────→ Serial Old
     │
ParNew ──────────────────→ CMS ──→ Serial Old（备选）
     │
Throughput ──────────────→ Parallel Old
     │
G1 ──────────────────────→ G1（独立管理年轻代和老年代）
     │
ZGC ──────────────────────→ ZGC（统一管理）
     │
Shenandoah ──────────────→ Shenandoah（独立管理）

常见组合

# 组合一：Serial（单线程，低配机器）
java -XX:+UseSerialGC MyApp

# 组合二：ParNew + CMS（低停顿，并发）
java -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC MyApp

# 组合三：Throughput/Parallel（高吞吐）
java -XX:+UseParallelGC MyApp
# 等价于：-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC

# 组合四：G1（平衡，JDK 9+ 默认）
java -XX:+UseG1GC MyApp

# 组合五：ZGC（超低延迟）
java -XX:+UseZGC MyApp

# 组合六：Shenandoah（低延迟）
java -XX:+UseShenandoahGC MyApp

各收集器的适用场景

场景	推荐收集器	原因
单核 CPU / 低配机器	Serial	没有线程切换开销
批处理 / 离线计算	Throughput（Parallel）	高吞吐量优先
Web 服务 / 在线交易	G1 / ZGC	低延迟优先
大堆（> 32GB）	ZGC / G1	ZGC 不受堆大小影响
容器 / K8s	G1 / ZGC	内存可控，停顿可预测
JDK 11+ 新项目	ZGC	最佳延迟性能
JDK 21+ 新项目	ZGC（默认）	JDK 21 默认 GC

收集器与代际关系的特殊说明

ParNew 和 Serial 的关系

• Serial：年轻代 Serial = Serial Old
• ParNew：年轻代并行（多线程版本）= Serial Old
• ParNew 不能和 Throughput（Parallel Scavenge）组合

CMS 的退位

CMS 是 JDK 14 中正式移除的收集器（JDK 9 已标记废弃）。如果还在使用 CMS，建议迁移到 G1 或 ZGC。

G1 的统一管理

G1 不再严格区分年轻代和老年代，而是把整个堆分成多个 Region，动态调整各类型 Region 的数量。

本节小结

GC 性能指标与收集器概览：

指标	含义	优化方向
吞吐量	应用运行时间 / 总时间	高吞吐：Parallel GC
停顿时间	GC 暂停的时长	低延迟：G1/ZGC
停顿频率	GC 发生的频率	分代收集减少 FullGC

收集器选择原则：

• 低配/单核：Serial
• 高吞吐批处理：Throughput/Parallel
• 低延迟服务：G1 或 ZGC
• JDK 11+：ZGC
• JDK 21+：ZGC（默认）

下一节，我们来看 Serial/Serial Old 回收器。