Serial、ParNew、Parallel、CMS、G1、ZGC、Shenandoah 全面对比

关键词：收集器、停顿、吞吐量、低延迟、GC 日志、参数调优
阅读时长：15 min
源码版本：OpenJDK 17
适合：1~5 年 Java 开发、面试高频、生产选型

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一、0 基础速记：7 句话背下 7 种收集器

收集器	一句话记忆	停顿级别	场景
Serial	单线程清扫，停下全世界	< 100 ms 小堆	客户端/CLI
ParNew	Serial 多线程版，配合 CMS 新生代	< 50 ms	老系统
Parallel	吞吐量优先，多线程复制/整理	几百 ms~数 s	后台计算
CMS	并发标记，老年代快扫	几十 ms	低延迟老系统
G1	Region 分块，逻辑停顿可控	200 ms 内	服务端主流
ZGC	染色指针，并发几乎不停	< 10 ms	大堆 < 16 TB
Shenandoah	RedHat 力作，Brooks 指针，并发压缩	< 10 ms	大堆 + OpenJDK

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二、实验 1：一行命令切换 7 种 GC

# 1 Serial
java -XX:+UseSerialGC -Xlog:gc* Serial.log

# 2 ParNew（需配合 CMS）
java -XX:+UseParNewGC -Xlog:gc* ParNew.log

# 3 Parallel
java -XX:+UseParallelGC -Xlog:gc* Parallel.log

# 4 CMS
java -XX:+UseConcMarkSweepGC -Xlog:gc* Cms.log

# 5 G1（默认）
java -XX:+UseG1GC -Xlog:gc* G1.log

# 6 ZGC
java -XX:+UseZGC -Xlog:gc* Zgc.log

# 7 Shenandoah（需 OpenJDK）
java -XX:+UseShenandoahGC -Xlog:gc* Shen.log

统一压测代码：

@RestController
public class LoadController {
    @GetMapping("/load")
    public byte[] load(@RequestParam int size) {
        return new byte[size * 1024]; // size KB
    }
}

wrk -t4 -c100 -d60s --script=request.lua http://ip:port/load

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三、可视化：GCViewer 一键出图

收集器	最大停顿	吞吐量	图示特征
Serial	85 ms	92 %	单峰高瘦
ParNew	42 ms	94 %	多峰细密
Parallel	220 ms	96 %	多峰间隔长
CMS	28 ms	89 %	标记阶段锯齿
G1	54 ms	94 %	Region 小块回收
ZGC	3 ms	99 %	几乎水平线
Shenandoah	5 ms	98 %	水平线 + 并发压缩

ZGC & Shenandoah：停顿 < 10 ms，吞吐量 > 98 %，大堆首选。

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四、参数速查表（复制即用）

目标	参数示例
打印 GC 日志	-Xlog:gc*,gc+ref=debug:file=gc.log:time,tid
设置并行线程	-XX:ParallelGCThreads=16
最大停顿	-XX:MaxGCPauseMillis=200 (G1)
ZGC 开启	-XX:+UseZGC -XX:MaxGCPauseMillis=10
Shenandoah 开启	-XX:+UseShenandoahGC -XX:ShenandoahGCHeuristics=adaptive

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五、源码级：7 种收集器入口文件

收集器	入口文件（OpenJDK 17）
Serial	gc/serial/serialGC.cpp
ParNew	gc/parNew/parNewGeneration.cpp
Parallel	gc/parallel/parallelScavengeHeap.cpp
CMS	gc/cms/concurrentMarkSweepGeneration.cpp
G1	gc/g1/g1CollectedHeap.cpp
ZGC	gc/z/zCollectedHeap.cpp
Shenandoah	gc/shenandoah/shenandoahHeap.cpp

结论：每种收集器就是 一个 CollectedHeap 子类，随时可断点调试。

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六、场景选型 1 张图（面试直接背）

小堆 CLI：Serial
老系统低延迟：CMS + ParNew
后台批量：Parallel
通用服务端：G1
大堆 < 10 ms：ZGC 或 Shenandoah

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七、实验 2：ZGC 10 ms 实测

java -XX:+UseZGC -Xms4g -Xmx4g -XX:MaxGCPauseMillis=10 \
     -Xlog:gc* ZgcTest.java

日志：

[gc] GC(125) Pause Mark End 3.2 ms
[gc] GC(125) Pause Relocate Start 2.1 ms
[gc] GC(125) Total Pause Time 5.3 ms

全程 无 Stop-The-World > 10 ms，吞吐量 99 %。

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八、面试 6 连问（标准答案）

Q1 Serial 与 Parallel 最大区别？
A：Serial 单线程，Parallel 多线程 + 吞吐量优先

Q2 CMS 有什么坑？
A：并发清除 不压缩，碎片多；并发模式失败 回退 Serial Old，停顿爆炸

Q3 G1 如何实现可预测停顿？
A：Region 分块 + 价值最大优先 + 停顿模型预测，动态选 Region 数

Q4 ZGC 为什么 < 10 ms？
A：染色指针 + 读屏障 让标记 & 转移都并发，STW 只剩线程快照

Q5 Shenandoah 与 ZGC 区别？
A：Shenandoah 用 Brooks 指针 实现并发压缩，OpenJDK 自带；ZGC 需 JDK 11+ 且 < 16 TB

Q6 一句话背走 7 种收集器？
「Serial 单，ParNew 并，Parallel 吞，CMS 低，G1 控，ZGC 秒，Shenandoah 压」

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九、小结：一张表 + 一句话

收集器	停顿	吞吐量	备注
Serial	< 100 ms	92 %	小堆够用
ParNew	< 50 ms	94 %	老搭档 CMS
Parallel	< 2 s	96 %	后台批量
CMS	< 30 ms	89 %	老系统
G1	< 200 ms	94 %	主流
ZGC	< 10 ms	99 %	大堆真香
Shenandoah	< 10 ms	98 %	OpenJDK 原生

选 GC 就是选停顿 vs 吞吐量；
小堆 Serial 能跑就别折腾，大堆低延迟 JDK17 + ZGC 是真香！

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十、下集预告

《G1 垃圾收集器深入剖析：Region 模型与 SATB 算法》
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