JVM 不仅是大厂面试的一个高频问题，也是 Java程序员跨入高职级必须掌握的知识点，垃圾回收器作为 JVM中核心的一环，了解它的原理，可以帮助我们更好地调优和故障排除，因此，今天我们就来聊聊 JVM中 9款常见的垃圾回收器。
背景
因为 Java虚拟机的类型比较多，如果没有特殊说明，本文特指 HotSpot虚拟机，在分享回收器之前，我们首先对 HotSpot 虚拟机背景做个简单的介绍。
HotSpot VM，最初是由 “Longview Technologies” 这家小公司设计，并且一开始也不是为 Java语言研发。
1997年，Sun公司收购了这家公司，从而也就得到了 HotSpot虚拟机，在 Sun公司的一番优化下，HotSpot 虚拟机就成了 Sun/OracleJDK 和 OpenJDK共同的默认虚拟机。
2010年，Oracle 收购 Sun公司，HotSpot 虚拟机也就顺理成章成为了 Oracle旗下产品。
Sun/OracleJDK 和 OpenJDK 都是 Oracle 旗下产品，Sun/OracleJDK 是商用版，OpenJDK 是免费版，两款虚拟机的内核是一样，只是功能略有差异。
关于使用的是 Sun/OracleJDK 还是 OpenJDK ，可以通过 java -version 指令查看。
Sun/OracleJDK：
OpenJDK：
1.Serial
Serial 收集器，见名知意，它是一个单线程的收集器，而且在进行垃圾回收时还必须暂停其它的工作线程，直到它收集结束（Stop The World）。
在 JDK 1.3.1 之前，它是 HotSpot虚拟机年轻代收集器的唯一选择。
Serial(年轻代) 和 Serial Old(老年代) 组合模式下，收集器大致的工作流程如下图：
尽管 Serial 收集器是单线程回收，并且会暂停其它的工作线程，看起来性能很差，但是，它依然是 HotSpot 虚拟机运行在客户端模式下的默认新生代收集器，因为相对于其它收集器的单线程，Serial 收集器消耗的内存最低，加上没有多线程交互的开销，反而使得它简单高效。
在启动 Java进程时，可以通过设置 -XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC 参数，使用上述回收器组合。
2.ParNew
ParNew 收集器是 Serial 收集器的多线程并行版本，除了使用多线程进行垃圾回收之外，其它的行为和 Serial 收集器都是相同的。主要应用在 HotSpot虚拟机运行在服务端模式下的场景。
ParNew(年轻代) 和 Serial Old(老年代) 组合模式下，收集器大致的工作流程如下图：
在启动 Java进程时，可以通过设置 -XX:+UseParNewGC -XX:+UseSerialOldGC 参数，使用上述回收器组合。
3.Parallel Scavenge
Parallel Scavenge 收集器也是一款用于年轻代的回收器，它和 ParNew 收集器一样，采用多线程并发回收，但是，Parallel Scavenge可以通过 -XX:MaxGCPauseMillis 参数设置 GC的最大停顿时间，这样就可以达到一个吞吐量（Throughput）可控的目标，从而优于 ParNew回收器。
Parallel Scavenge(年轻代) 和 Serial Old(老年代) 组合模式下，收集器大致的工作流程如下图：
在启动 Java进程时，可以通过设置 -XX:+UseParallelGC -XX:+UseSerailOldGC 参数，使用上述回收器组合。
但是，这种组合看起来很尴尬，年轻代使用的多线程并发收集，而老年代却使用单线程进行回收，怎么看起来老年代的回收都是“拖累”，因此，用于老年代的Parallel Old 并发收集器就诞生了。
Parallel Scavenge(年轻代) 和 Parallel Old(老年代) 组合模式下，收集器大致的工作流程如下图：
在启动 Java进程时，可以通过设置 -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC 参数，使用上述回收器组合。
4.Serial Old
Serial Old 收集器是 Serial 的老年代版本，它也是一个单线程收集器，使用‘标记-整理’算法，和 Serial 收集器一样也是用于 HotSpot客户端模式。
Serial(年轻代) 和 Serial Old(老年代) 组合模式下，收集器大致的工作流程如下图：
在启动 Java进程时，可以通过设置 -XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC 参数，使用上述回收器组合。
5.Parallel Old
Parallel Old 收集器是从 JDK 6 开始提供支持的，它是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本，支持多线程并发收集，采用‘标记-整理’算法。Parallel Old 收集器的出现，真正意义上实现了“吞吐量优先”的目标。
Parallel Scavenge(年轻代) 和 Parallel Old(老年代) 组合模式下，收集器大致的工作流程如下图：
在启动 Java进程时，可以通过设置 -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC 参数，使用上述回收器组合。
6.CMS
CMS 收集器，从 JDK5发布之后正式诞生，可以毫不夸张地说：CMS是一个跨时代的收集器，曾几何时，它是各互联网大厂面试中垃圾回收器的必问知识点。
CMS 是 Comcurrent Mark Sweep 的简称，用于老年代的垃圾回收。CMS的收集过程包含 5个步骤：
- Initial Mark(初始标记) Stop The World
- Concurrent Marking(并发标记)
- Remark(重复标记) Stop The World
- Concurrent Sweep(并发清除)
- Resetting(重置)
CMS 收集器大致的工作流程如下图：
尽管 CMS回收器实现了回收线程与应用线程能同时并发工作的目标，但它也有致命的问题：无法处理“浮动垃圾”，有可能出现 Concurrent Mode Failure 失败，导致Full GC。因此，Oracle官方目前已经将 CMS 申明为 “deprecated”，不推荐使用。这也宣告了 CMS收集器的历史使命已结束。
在启动 Java进程时，可以通过设置-XX:+UseConcMarkSweepGC 参数，显示使用 CMS回收器。
7.G1
G1 回收器是 Garbage First 的简称， 它是一款面向服务器的垃圾回收器，用于大内存的多处理器计算机，目标是实现低延时垃圾回收。
从 Oracle JDK 7 Update 4 及更高版本已完全支持 G1，并且 JDK9 开始，G1 已经成为了默认的垃圾收集器。
应该说，G1是垃圾回收器历史上的一个里程碑，开启了基于 Region回收的时代，和以往的垃圾回收器不一样，G1尽管依然保留了年轻代和老年代的概念，但是各代存储地址是不连续的，每一代包含了 n个大小相同且不连续的 Region，G1 的堆内存分配如下图：
G1提供了两种 GC模式：Young GC和 Mixed GC。
G1的收集过程包含 4个步骤：
(1) Initial Marking（初始标记）：标记了从 GC Root开始直接可达的对象
(2) Concurrent Marking（并发标记）：在整个堆上查找活动对象，标记全部可达对象。这个阶段可能会被年轻代垃圾回收中断。
(3) Remark（重新标记）：完成对堆中活动对象的标记。使用一种称为“快照在开始时”（Snapshot-at-the-Beginning，SATB）的算法，其速度比 CMS收集器中使用的算法要快得多。
(4) Cleanup（清除垃圾）：该过程完成 3个事情
- 对活动对象和完全释放的区域进行记账。（Stop The World）
- 清理已记住的集合。（Stop The World）
- 重置空的区域并将其返回到空闲列表。（并发执行）
G1 收集器大致的工作流程如下图：
在启动 Java进程时，可以通过设置 -XX:+UseG1GC 参数，显示使用 G1回收器。
8.Shenandoah
Shenandoah 也是一款 HotSpot 虚拟机回收器，首次出现在Open JDK12中，最初是由 RedHat公司开发，2014年贡献给 OpenJDK，或许因为它不是 Oracle公司自己开发的，所以，Shenandoah 目前只存在 OpenJDK 而不存在 OracleJDK商业版中。Shenandoah主要使用连接矩阵和转发指针的技术，连接矩阵替代 G1中的卡表。
Shenandoah工作流程分为 9个步骤：
- Initial Marking(初始标记)：和G1 一样，标记了从 GC Root开始直接可达的对象，Stop The World
- Concurrent Marking(并发标记)：和G1 一样，在整个堆上查找活动对象，标记全部可达对象。
- Final Marking(最终标记)：和G1 一样，
- Concurrent Cleanup(并发清理)：清理无存活对象的 Region
- Concurrent Evacuation(并发回收)：把存活的对象复制到空的 Region中，
- Inital Update Reference(初始引用更新)：修正并发回收阶段被复制对象的引用地址
- Concurrent Update Reference(并发引用更新)：引用更新操作
- Final Update Reference(最终引用更新)：修正存在于 GCRoots中的引用
- Concurrent Cleanup(并发清理)：回收空的 Region
2. Concurrent Marking(并发标记)：和G1 一样，在整个堆上查找活动对象，标记全部可达对象。Shenandoah 收集器大致的工作流程如下图（图片来自 OpenJDK官方）：
在启动 Java进程时，可以通过设置XX:+UseShenandoahGC参数，显示使用 Shenandoah回收器。
注意，如果使用的是Sun/OracleJDK，将无法使用该回收器。
9.ZGC
ZGC 是 Oracle官方研发并从 JDK11中引入，它是一款采用染色指针和读屏障技术的回收器，ZGC 和 G1一样，堆空间被划分成多个 Region，不同的是，ZGC的 Region 被官方称为Page，它可以动态创建和销毁，容量也可以动态调整。
ZGC的 Region分为三种：
- 小型 Region：容量固定为 2MB，用于存放 < 256KB的对象；
- 中型 Region：容量固定为 32MB，用于存放 >= 256KB且 < 4MB的对象;
- 大型 Region：容量为 2^n MB，存放 >= 4MB 的对象，而且每个大型Region 中只存放一个大对象。由于大对象移动代价过大，所以该对象不会被重分配。
ZGC 工作流程分为 4个步骤：
- Concurrent Mark（并发标记）：和G1 一样，标记了从 GC Root开始直接可达的对象
- Concurrent Prepare for Relocate（并发预备重分配）
- Concurrent for Relocate（并发重分配）
- Concurrent Remap（并发重映射）
ZGC 收集器大致的工作流程如下图：
ZGC垃圾回收过程几乎全部是并发，实际 Stop The World（STW）停顿时间极短，不到10ms。这得益于其采用的着色指针和读屏障技术。
在启动 Java进程时，可以通过设置XX:+UseZGC参数，显示使用 ZGC回收器。
到此，9款垃圾收集器就介绍完毕，如果你对垃圾回收器很感兴趣，推荐阅读周志明博士的《深入理解Java虚拟机》第三版，书中除了垃圾回收器， JVM其它相关的内容也都有详细地介绍，应该是国内很多 Java程序员学习 JVM的必备书籍。
因为篇幅有限，本文只是简单地分析了 HotSpot虚拟机常见的 9款垃圾回收器，并没有做原理上的分析，我会在接下来的文章中分别对 CMS，G1，ZGC，Shenandoah 4款垃圾收集器做详细的讲解，链接：JVM专栏 。最后用一张图表对 9款回收器做一个对比：
