GC 参数配置：垃圾收集器选择与参数组合
你有没有被面试官问过这种问题：「你用过哪些垃圾收集器？ParNew 和 CMS 有什么区别？」
或者线上报警「Full GC 频繁」，你却不知道该换哪个收集器？
今天，我们就来彻底搞清楚 GC 参数的配置方法。
一、垃圾收集器发展史与选择策略
1.1 经典收集器一览
Serial（串行）→ Parallel（并行）→ CMS → G1 → ZGC/Shenandoah| 收集器 | 线程模型 | 工作模式 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| Serial | 单线程 | STW | 客户端、小内存、单核机器 |
| ParNew | 多线程 | STW | 多核服务器，配合 CMS |
| Parallel Scavenge | 多线程 | STW | 吞吐量优先，后台任务 |
| Serial Old | 单线程 | STW | 客户端、老年代配合 Serial |
| Parallel Old | 多线程 | STW | 吞吐量优先，配合 Parallel Scavenge |
| CMS | 并发 | 并发标记、低停顿 | 低延迟需求的 Web 应用 |
| G1 | 并发 | 区域化、低延迟 | JDK 9+ 默认，替代 CMS |
| ZGC | 并发 | 着色指针、低延迟 | 大内存（TB 级）、超低延迟 |
| Shenandoah | 并发 | 着色指针、低延迟 | OpenJDK，Redis 默认优化 |
1.2 选择原则
选择垃圾收集器不是「最新的就是最好的」，而是要匹配业务场景：
- 吞吐量优先：后台批处理、数据分析 → Parallel + Parallel Old
- 低延迟优先：Web 应用、API 服务 → G1 / CMS / ZGC
- 超大内存：内存 > 32GB → ZGC / Shenandoah
- 小内存：堆 < 4GB → G1（JDK 9+ 默认）
二、年轻代收集器参数
2.1 Serial GC：最朴素的收集器
# 启用 Serial 年轻代收集器
-XX:+UseSerialGC
# 实际等效于
# -XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC参数配置：
-Xms256m -Xmx256m -Xmn128m -XX:+UseSerialGC特点：单线程执行，对年轻代的回收采用复制算法，简单但效率低。
2.2 ParNew GC：多线程版 Serial
# 启用 ParNew 年轻代收集器（通常配合 CMS 使用）
-XX:+UseParNewGC# 典型配置
-Xms4g -Xmx4g -Xmn2g -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC参数：
# ParNew 的线程数，默认等于 CPU 核心数
-XX:ParallelGCThreads=N注意：JDK 9 开始，ParNew + CMS 的组合被标记为废弃；JDK 14 完全移除 CMS。如果使用 JDK 8 或 11，可以继续使用这个组合。
2.3 Parallel Scavenge：吞吐量优先
# 启用 Parallel Scavenge 收集器
-XX:+UseParallelGC
# 配合老年代 Parallel Old
-XX:+UseParallelOldGC# 高吞吐量配置示例
-Xms8g -Xmx8g \
-XX:+UseParallelGC \
-XX:+UseParallelOldGC \
-XX:ParallelGCThreads=8 \
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy核心参数：
# 目标吞吐量（0-100），默认 99
-XX:GCTimeRatio=99
# 最大 GC 停顿时间目标（毫秒）
-XX:MaxGCPauseMillis=500GCTimeRatio=99 表示目标 GC 时间占总时间不超过 1%，即吞吐量 = 99%
三、老年代收集器参数
3.1 Serial Old：老年代的串行收集器
# 通常与其他年轻代收集器配合
-XX:+UseSerialGC # 同时启用 Serial Old3.2 Parallel Old：并行版 Serial Old
# 配合 Parallel Scavenge 使用
-XX:+UseParallelOldGC3.3 CMS：并发标记清除
CMS（Concurrent Mark Sweep）是最早的低停顿收集器，目标是最小化 GC 停顿时间。
# 启用 CMS
-XX:+UseConcMarkSweepGC工作阶段：
- 初始标记（Initial Mark）：STW，只标记 GC Roots 直接引用的对象
- 并发标记（Concurrent Mark）：与应用线程并发，遍历对象图
- 重新标记（Remark）：STW，修正并发标记期间的变动
- 并发清除（Concurrent Sweep）：与应用线程并发，清除垃圾
参数配置：
# 老年代使用率到达此比例时触发 CMS
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=68
# 启用动态调整（使用 JVM 计算的触发比例）
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
# 并发模式失败后使用 Serial Old 作为备用
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
# 多少次 Full GC 后进行压缩整理
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=03.4 G1：区域化垃圾收集器
G1（Garbage First）是 JDK 9+ 的默认收集器，将堆划分为多个大小相等的 Region。
# 启用 G1
-XX:+UseG1GC典型配置：
-Xms8g -Xmx8g \
-XX:+UseG1GC \
-XX:MaxGCPauseMillis=200 \
-XX:G1HeapRegionSize=4m \
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=453.5 ZGC：超低延迟收集器
ZGC（Z Garbage Collector）目标是亚毫秒级停顿，支持 TB 级堆内存。
# 启用 ZGC
-XX:+UseZGC# 大内存 ZGC 配置
-Xms64g -Xmx64g \
-XX:+UseZGC \
-XX:MaxGCPauseMillis=10 \
-XX:+ZGenerationalJDK 15 引入了分代 ZGC（ZGenerational），进一步优化了内存效率。
3.6 Shenandoah：低延迟开源收集器
Shenandoah 由 Red Hat 开发，现为 OpenJDK 的一部分。
# 启用 Shenandoah
-XX:+UseShenandoahGC四、收集器组合规则
JVM 对年轻代和老年代收集器有严格的组合限制：
| 年轻代 | 老年代 | 是否有效 |
|---|---|---|
| Serial | Serial Old | ✅ |
| ParNew | CMS | ✅ |
| Parallel Scavenge | Serial Old | ✅ |
| Parallel Scavenge | Parallel Old | ✅（吞吐量组合） |
| G1 | G1 | ✅ |
| ZGC | ZGC | ✅ |
| ParNew | Serial Old | ❌（JDK 8 会自动降级为 Serial） |
| Serial | CMS | ❌（不支持） |
CMS 的老年代需要 ParNew 作为年轻代收集器，ParNew 不能与其他老年代收集器配合。
五、典型配置场景
5.1 吞吐量优先场景
适用于后台批处理、科学计算等
-Xms8g -Xmx8g \
-XX:+UseParallelGC \
-XX:+UseParallelOldGC \
-XX:ParallelGCThreads=8 \
-XX:GCTimeRatio=99 \
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy5.2 延迟优先场景（CMS 版本）
适用于低延迟 Web 应用（JDK 8）
-Xms4g -Xmx4g -Xmn2g \
-XX:+UseParNewGC \
-XX:+UseConcMarkSweepGC \
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=68 \
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection \
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 \
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps5.3 延迟优先场景（G1 版本）
JDK 9+ 推荐
-Xms8g -Xmx8g \
-XX:+UseG1GC \
-XX:MaxGCPauseMillis=200 \
-XX:G1HeapRegionSize=8m \
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 \
-XX:G1ReservePercent=105.4 超大内存场景
堆内存超过 32GB 或需要亚毫秒级停顿
-Xms64g -Xmx64g \
-XX:+UseZGC \
-XX:MaxGCPauseMillis=10 \
-XX:+ZGenerational5.5 极低延迟场景（低版本 JDK）
JDK 8 但需要极低延迟
-Xms4g -Xmx4g -Xmn2g \
-XX:+UseParNewGC \
-XX:+UseConcMarkSweepGC \
-XX:MaxGCPauseMillis=100 \
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=60六、JDK 版本与默认收集器
| JDK 版本 | 年轻代默认 | 老年代默认 |
|---|---|---|
| JDK 7/8 | Parallel Scavenge | Serial Old |
| JDK 9+ | G1 | G1 |
| JDK 11+ | G1 | G1 |
| JDK 15+ | G1 | G1 |
| JDK 21+ | G1 | G1 |
JDK 8 及之前默认使用 Parallel（吞吐量优先），JDK 9+ 默认使用 G1（延迟优先）。
总结
垃圾收集器的选择要点：
- 理解业务目标：吞吐量优先还是延迟优先？
- 了解版本默认：JDK 8 用 Parallel，JDK 9+ 用 G1
- 正确组合：年轻代和老年代收集器必须兼容
- 参数调优：根据 GC 日志调整具体参数
下一节，我们来深入了解 G1 的详细参数配置。
思考题
CMS 收集器有一个臭名昭著的问题：并发模式失败（Concurrent Mode Failure）。你知道这个问题是怎么产生的吗？
提示：考虑并发标记期间，老年代剩余空间和对象晋升速度的关系。