高级java每日一道面试题-2024年10月30日-JVM篇-新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器有哪些?有什么区别?

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面试官: 新生代垃圾回收器和老生代垃圾回收器有哪些?有什么区别?

我回答:

在 Java 高级面试中，关于垃圾回收器（Garbage Collector, GC）的知识是非常重要的。Java 的垃圾回收机制主要分为新生代（Young Generation）和老年代（Old Generation）两个部分，每个部分都有不同的垃圾回收器。下面详细介绍新生代和老年代的垃圾回收器，以及它们之间的区别。

新生代垃圾回收器

新生代主要用于存放新创建的对象。新生代通常分为 Eden 区和两个 Survivor 区（通常称为 S0 和 S1）。新生代的垃圾回收器主要有以下几种：

Serial 收集器：
- 特点：单线程垃圾回收器，适合单核处理器和小内存应用。在垃圾回收过程中，会暂停所有其他线程（Stop-The-World，STW），直到垃圾回收完成。
- 适用场景：客户端模式下的 JVM 默认垃圾回收器。
- 优点：简单高效，占用资源少。
- 缺点：在多核 CPU 上性能较差，因为只能利用一个核心。
ParNew 收集器：
- 特点：多线程垃圾回收器，是Serial的并行版本，适合多核处理器和大内存应用。与Serial类似，但会利用多个线程并行进行垃圾回收，以减少STW时间。
- 适用场景：与 CMS 收集器配合使用，作为新生代的垃圾回收器。
- 优点：多线程并行，提高了多核 CPU 的利用率。
- 缺点：与 Serial 收集器相比，增加了线程切换的开销。
Parallel Scavenge 收集器：
- 特点：与ParNew类似，但更加关注系统吞吐量。它提供了两个重要的参数用于控制系统吞吐量：-XX:MaxGCPauseMillis（设置最大垃圾回收停顿时间）和-XX:GCTimeRatio（设置吞吐量大小）。
- 适用场景：适用于需要高吞吐量的应用。
- 优点：通过并行回收提高了垃圾回收的效率，减少了停顿时间。
- 缺点：可能会增加垃圾回收的总时间，因为它是以吞吐量为目标，而不是最小化停顿时间。
G1 (Garbage-First) 收集器：
- 特点：区域化的垃圾回收器，将堆内存划分为多个区域（Region），同时处理新生代和老年代。
- 适用场景：适用于大内存、多核 CPU 的应用。
- 优点：并行和并发，可以设置最大停顿时间，减少 GC 停顿时间。
- 缺点：相对于其他收集器，G1 的开销较大，可能会有一些额外的内存占用。

老年代垃圾回收器

老生代垃圾回收器主要用于回收生命周期较长的对象，这些对象通常占据了JVM的大部分内存。老生代垃圾回收器主要采用标记-清除算法或标记-整理算法进行垃圾回收。

标记-清除算法：分为标记阶段和清除阶段。在标记阶段，从根对象开始遍历所有可达对象，并标记它们；在清除阶段，回收未被标记的对象，释放其占用的内存。这种方法的优点是实现简单，但缺点是容易产生内存碎片，导致大对象分配困难。
标记-整理算法：结合了标记-清除和复制算法的优点。在标记阶段与标记-清除算法相同；在整理阶段，将所有存活对象移动到内存的一端，清空另一端的内存。这种方法解决了内存碎片问题，且内存利用率高，但整理阶段需要移动对象，性能开销较大。

老年代主要用于存放经过多次垃圾回收后仍然存活的对象。老年代的垃圾回收器主要有以下几种：

Serial Old 收集器：
- 特点：单线程，使用标记-整理算法。
- 适用场景：作为 Client 模式下的默认老年代垃圾回收器，或者作为 CMS 收集器的后备方案。
- 优点：简单高效，占用资源少。
- 缺点：在多核 CPU 上性能较差，因为只能利用一个核心。
Parallel Old 收集器：
- 特点：多线程并行，使用标记-整理算法。
- 适用场景：与 Parallel Scavenge 收集器配合使用，适用于需要高吞吐量的应用。
- 优点：多线程并行，提高了多核 CPU 的利用率。
- 缺点：相对于 Serial Old 收集器，增加了线程切换的开销。
CMS (Concurrent Mark Sweep) 收集器：
- 特点：多线程，并发，使用标记-清除算法。
- 适用场景：适用于需要低停顿时间的应用。
- 优点：并发回收，减少了垃圾回收的停顿时间。
- 缺点：可能会产生大量的碎片，导致 Full GC；并且在并发阶段可能会与应用程序竞争 CPU 资源。
G1 (Garbage-First) 收集器：
- 特点：区域化的垃圾回收器，将堆内存划分为多个区域（Region），同时处理新生代和老年代。
- 适用场景：适用于大内存、多核 CPU 的应用。
- 优点：并行和并发，可以设置最大停顿时间，减少 GC 停顿时间。
- 缺点：相对于其他收集器，G1 的开销较大，可能会有一些额外的内存占用。

新生代和老年代垃圾回收器的区别

对象生命周期：
- 新生代：主要存放新创建的对象，对象的生命周期较短。
- 老年代：主要存放经过多次垃圾回收后仍然存活的对象，对象的生命周期较长。
垃圾回收算法：
- 新生代：通常使用复制算法（如 Serial、ParNew、Parallel Scavenge）。
- 老年代：通常使用标记-清除或标记-整理算法（如 Serial Old、Parallel Old、CMS）。
垃圾回收频率：
- 新生代：垃圾回收频率较高，因为新创建的对象较多。
- 老年代：垃圾回收频率较低，因为存活对象较多。
停顿时间：
- 新生代：垃圾回收停顿时间较短，因为对象较少。
- 老年代：垃圾回收停顿时间较长，因为对象较多，且可能涉及整个堆的扫描。
并发性：
- 新生代：通常采用并行回收，提高回收效率。
- 老年代：通常采用并发回收，减少停顿时间。