G1和CMS垃圾回收器的区别

一、核心设计目标

CMS：尽可能减少STW（Stop-The-World）时间，实现与用户线程的高并发。
G1：兼顾低延迟和高吞吐量，在大内存场景下提供可预测的停顿时间。

二、内存管理模型

CMS

• 分代设计：严格区分新生代（Eden、Survivor）和老年代，各自独立回收。
• 内存碎片：采用 “标记 - 清除” 算法，可能产生大量内存碎片，导致 Full GC 频繁。

G1

• Region 分区：将堆划分为多个大小相等的Region（如 2MB / 个），每个 Region 动态扮演 Eden、Survivor 或 Old 区域。
• 跨代引用：通过 Remembered Set（RSet）记录跨 Region 引用，避免扫描整个堆。
• Humongous 区域：专门存储大对象（超过 Region 大小的 50%），减少内存碎片。

三、GC 算法流程

CMS：

• 初始标记（STW）：标记 GC Roots 直接关联的对象。
• 并发标记：与用户线程并行，遍历所有可达对象。
• 重新标记（STW）：修正并发期间用户线程修改的对象引用。
• 并发清除：与用户线程并行，清理未标记的对象。
  G1：
• 初始标记（STW）：标记 GC Roots 直接关联的对象。
• 并发标记：与用户线程并行，遍历所有可达对象。
• 最终标记（STW）：修正并发期间的引用变更。
• 筛选回收（STW）：根据 Region 的垃圾占比，优先回收价值高的 Region（Garbage-First 策略）。

四、STW 时间与性能

五、优缺点对比

CMS：

• 优点：低延迟（尤其在堆较小时），适合响应时间敏感的应用。
• 缺点：
  1. 内存碎片严重，可能导致 Full GC 频繁。
  2. 并发阶段占用 CPU 资源，吞吐量下降。
  3. 无法处理浮动垃圾（并发期间新产生的垃圾）。

G1：

• 优点：
  1. 可预测的停顿时间（通过 Region 策略）。
  2. 大内存下性能更优（如 4GB 以上）。
  3. 减少内存碎片（标记 - 整理算法）。
• 缺点：
  2. 算法复杂度高，小内存场景下可能不如 CMS。
  3. 初始标记和筛选回收阶段仍需 STW。

建议：

• 新应用优先考虑 G1，尤其是大内存场景。
• 若应用对延迟极度敏感且堆较小（<4GB），可考虑 CMS，但需注意内存碎片问题。