垃圾回收器有哪些？CMS 和 G1 的区别？

2025年阅读约 10 分钟面试指南 · Java面试 · JVM

Java 面试 JVM

深入解析JVM七大垃圾回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge、Serial Old、Parallel Old、CMS、G1、ZGC，重点对比CMS和G1的原理、优缺点和适用场景，附完整面试模拟。

一句话总结

JVM 垃圾回收器按分代可分为：新生代（Serial、ParNew、Parallel Scavenge）、老年代（Serial Old、Parallel Old、CMS）、整堆（G1、ZGC、Shenandoah）。CMS（JDK 5-8）以最短 STW 为目标，使用标记-清除算法，有碎片和浮动垃圾问题。G1（JDK 9+ 默认）将堆划分为 Region，优先回收垃圾最多的 Region，可预测停顿时间。ZGC（JDK 11+）目标是将 STW 控制在 10ms 以内。

初级理解

七大垃圾回收器一览

收集器	作用区域	算法	线程	特点
Serial	新生代	复制	单线程	简单高效，适合客户端
ParNew	新生代	复制	多线程	Serial 的多线程版，配合 CMS
Parallel Scavenge	新生代	复制	多线程	关注吞吐量，自适应调节
Serial Old	老年代	标记-整理	单线程	客户端模式备用
Parallel Old	老年代	标记-整理	多线程	配合 Parallel Scavenge
CMS	老年代	标记-清除	多线程	低停顿，JDK 14 移除
G1	整堆	标记-整理+复制	多线程	可预测停顿，JDK 9 默认

经典组合

// JDK 8 及以前常用组合 -XX:+UseSerialGC // Serial + Serial Old（客户端） -XX:+UseParallelGC // Parallel Scavenge + Serial Old -XX:+UseParallelOldGC // Parallel Scavenge + Parallel Old（吞吐量优先） -XX:+UseConcMarkSweepGC // ParNew + CMS + Serial Old 备用（低延迟） -XX:+UseG1GC // G1（JDK 9+ 默认）

中级深入

CMS 工作流程

// CMS（Concurrent Mark Sweep）四个阶段： // ① 初始标记（STW）：标记 GC Roots 直接关联的对象，很快 // ② 并发标记：从 GC Roots 遍历对象图，与用户线程并发 // ③ 重新标记（STW）：修正并发标记期间变动的标记，比初始标记稍长 // ④ 并发清除：清除未标记对象，与用户线程并发 // CMS 三大问题： // 1. 并发标记占用 CPU，降低吞吐量 // 2. 并发清除产生浮动垃圾，可能触发 Concurrent Mode Failure → Serial Old // 3. 标记-清除产生内存碎片 → 可能触发 Full GC

G1 工作流程

// G1（Garbage First）将堆划分为大小相等的 Region（1~32MB） // 每个 Region 可以是 Eden、Survivor、Old、Humongous // G1 的 GC 周期： // ① 初始标记（STW）：标记 GC Roots，借用 Minor GC 完成 // ② 并发标记：遍历对象图，与用户线程并发 // ③ 最终标记（STW）：处理 SATB 缓冲区中的引用变更 // ④ 筛选回收（STW）：对各个 Region 的回收价值和成本排序， // 优先回收垃圾最多的 Region（Garbage First 名字由来） // G1 核心优势： // - 可预测停顿：-XX:MaxGCPauseMillis=200（默认 200ms） // - 无碎片：使用标记-整理 + 复制算法 // - 增量回收：每次只回收部分 Region

高级拓展

CMS vs G1 深度对比

特性	CMS	G1
内存布局	连续的新生代+老年代	划分为多个 Region
回收算法	标记-清除（有碎片）	标记-整理+复制（无碎片）
停顿预测	不可预测	可设置停顿目标
大对象	直接进入老年代	Humongous Region（多个连续 Region）
记忆集	卡表	卡表 + 哈希表（更占内存）
适用堆	< 6GB	6GB ~ 几十 GB
JDK 状态	JDK 14 移除	JDK 9+ 默认

ZGC 和 Shenandoah

// ZGC（JDK 11 引入，JDK 15 生产可用） // 目标：STW < 10ms，支持 TB 级堆 // 核心技术：染色指针（Colored Pointers）+ 读屏障 // 并发执行几乎所有阶段，包括并发整理 // Shenandoah（JDK 12 引入） // 目标：低停顿，与堆大小无关 // 核心技术：Brooks Pointer + 转发指针 // 并发整理：将对象复制到新位置，同时更新引用

实战场景

如何选择垃圾回收器？

场景	推荐	理由
客户端小应用	Serial	单线程，内存小，简单高效
后台计算任务	Parallel	吞吐量优先，CPU 利用率高
Web 应用（JDK 8）	CMS / G1	低延迟，减少用户感知停顿
大堆（> 6GB）	G1	可预测停顿，无碎片
超大堆（> 几十 GB）	ZGC	亚毫秒级停顿

面试模拟

Q：CMS 和 G1 的区别？

A：1) 内存布局：CMS 是连续分代，G1 是 Region 化；2) 算法：CMS 标记-清除有碎片，G1 标记-整理+复制无碎片；3) 停顿：CMS 不可预测，G1 可设置停顿目标；4) 大对象：CMS 直接进老年代，G1 用 Humongous Region；5) 适用：CMS 适合 6GB 以下，G1 适合 6GB 以上；6) 状态：CMS 在 JDK 14 已移除。

Q：G1 的 Region 是什么？为什么叫 Garbage First？

A：G1 将堆划分为大小相等的 Region（1~32MB），每个 Region 可以是 Eden、Survivor、Old 或 Humongous。回收时对各个 Region 的回收价值（垃圾量）和成本（时间）排序，优先回收垃圾最多的 Region，所以叫 Garbage First。这样可以在有限停顿时间内回收尽可能多的垃圾。

Q：CMS 的 Concurrent Mode Failure 是什么？

A：CMS 并发清除时，用户线程仍在产生垃圾（浮动垃圾）。如果老年代剩余空间不足以容纳浮动垃圾，就会触发 Concurrent Mode Failure，JVM 会退化为 Serial Old 进行 Full GC，导致长时间 STW。解决：预留足够的老年代空间（-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 调低），或增大堆内存。