Java 中的垃圾收集器有哪些，它们的工作原理是什么？

在 Java 中，垃圾收集（GC）是自动内存管理的核心部分，它帮助开发者免于手动管理内存分配和回收，提升了开发效率和应用性能。Java中的主要垃圾收集器包括Serial GC、Parallel GC、CMS (Concurrent Mark Sweep) GC、G1 (Garbage-First) GC，以及最新的 ZGC (Z Garbage Collector) 和 Shenandoah GC。这些收集器主要通过标记-清除、标记-整理或复制算法工作，以回收不再使用的对象占用的内存。并行GC 在多核处理器上运行，能显著提高垃圾收集的效率，是其中的一个重点。

### 一、SERIAL GC

Serial GC 使用单线程执行垃圾收集，适合单核处理器环境或有限资源的应用。它采用复制算法（新生代）和标记-整理算法（老年代）的结合。由于在垃圾收集期间会暂停所有应用线程（STW, Stop-The-World），因此它主要适用于桌面应用或小型服务。

### 二、PARALLEL GC

Parallel GC，也称为吞吐量收集器，使用多线程来缩短垃圾收集时的停顿时间。它在新生代同样采用复制算法，在老年代采用标记-整理算法。Parallel GC 优化了吞吐量，适合需要高吞吐量和多核处理器的服务器应用。

### 三、CMS GC

CMS (Concurrent Mark Sweep) GC 旨在减少垃圾收集时的停顿时间，提高应用的响应速度。它通过并发标记和并发清除阶段来实现，减少了停顿时间，但是可能会产生较多的内存碎片。

### 四、G1 GC

G1 (Garbage-First) GC 是一种面向服务器的垃圾收集器，旨在满足短暂停顿时间的需求，并适用于大堆内存。G1通过将堆分割成多个区域（Region）并优先回收价值最大的区域来实现，结合了标记-清除和标记-整理算法，有效控制了停顿时间。

### 五、ZGC 和 SHENANDOAH GC

ZGC 和 Shenandoah GC 是最新的垃圾收集器，旨在实现低停顿时间和可扩展到大内存的系统。它们通过使用读写屏障和并发线程来减少停顿时间，实现几乎所有垃圾收集活动的并发执行。

每种垃圾收集器都有其适用场景和优势，Java开发者应根据应用的具体需求和运行环境选择最合适的收集器。例如，对于需要快速响应和短暂停顿时间的在线交易处理系统，CMS、G1或最新的ZGC和Shenandoah可能是更好的选择。而对于需要最大化吞吐量的数据处理应用，Parallel GC可能更为适合。通过理解这些垃圾收集器的工作原理和特点，开发者可以优化Java应用的性能和响应速度。

相关问答FAQs：

有哪些常见的 Java 垃圾收集器？

Java 中常见的垃圾收集器包括 Serial、Parallel、CMS 和 G1 等。这些垃圾收集器都有各自的特点以及适用场景。

Serial 垃圾收集器是如何工作的？

Serial 垃圾收集器主要用于新生代，采用单线程进行垃圾回收。它通过复制算法将存活对象复制到新生代中，然后清除不再使用的对象，确保新生代的内存空间是连续的，从而提高了垃圾回收的效率。

CMS（Concurrent Mark-Sweep）垃圾收集器的工作原理是怎样的？

CMS 垃圾收集器主要用于老年代，它采用标记-清除算法进行垃圾回收。CMS 在标记阶段使用多线程并发标记存活对象，然后在清除阶段进行并发清除未标记的对象，从而减少了垃圾回收的停顿时间，提高了应用程序的响应性。