为什么 Java 中某些新生代和老年代的垃圾收集器不能组合使用？

为什么 Java 中某些新生代和老年代的垃圾收集器不能组合使用？

在 JVM 中，新生代和老年代的垃圾收集器是分工协作的。然而，并非所有的新生代和老年代垃圾收集器都能任意组合使用，这是由于它们的设计目标、算法特性和交互方式不兼容所导致的。例如，新生代的 ParNew 和老年代的 Parallel Old 垃圾收集器无法组合使用。

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1. 垃圾收集器的基本组合规则

垃圾收集器的组合遵循以下原则：

1. 算法兼容性：新生代和老年代垃圾收集器需要协同完成堆内存的管理，其算法需要能够协作工作。
2. 设计目标一致性：新生代和老年代垃圾收集器的优化方向需要一致，例如是否优先考虑吞吐量、低延迟或内存压缩。
3. 技术实现支持：JVM 对垃圾收集器的组合有特定支持，某些组合可能在技术上未实现。

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2. ParNew 与 Parallel Old 的特性

ParNew 垃圾收集器

• 新生代的垃圾收集器。
• 使用并行化标记-复制算法。
• 通常与 CMS 垃圾收集器搭配使用。
• 设计目标是与 CMS 协作，减少 STW（Stop-The-World）时间。

Parallel Old 垃圾收集器

• 老年代的垃圾收集器。
• 使用并行化标记-压缩算法。
• 通常与 Parallel Scavenge 搭配使用，主要追求高吞吐量。
• 偏向批量高效的垃圾回收，而不是低延迟。

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3. 为什么 ParNew 和 Parallel Old 不能组合使用？

3.1 算法不兼容

• ParNew 的设计是为了与 CMS 配合，它不考虑老年代的内存压缩特性。
• Parallel Old 是基于压缩的垃圾收集器，与 ParNew 的非压缩设计难以协调工作。

3.2 优化目标冲突

• ParNew 的重点是低延迟，适合对暂停时间敏感的应用。
• Parallel Old 的目标是高吞吐量，适合 CPU 密集型应用。
• 两者的优化方向不同，无法协同达到理想效果。

3.3 JVM 实现限制

• JVM 中 ParNew 是专门为 CMS 配套设计的，只有 CMS 支持与 ParNew 协同工作。
• Parallel Old 是与 Parallel Scavenge 搭配设计的，JVM 没有实现 ParNew 与 Parallel Old 的协同机制。

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4. 其他不兼容的组合示例

Serial GC 与 Parallel GC

• Serial GC 是单线程收集器，Parallel GC 是多线程收集器。
• 它们的设计理念完全不同，无法协作工作。

G1 GC 与任何其他收集器

• G1 GC 是一个整体式的垃圾收集器，负责管理整个堆内存（包括新生代和老年代），因此无法与其他收集器组合使用。

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5. 常见兼容组合

以下是 JVM 中常见的垃圾收集器组合：

1. Serial GC + Serial Old：适合单线程场景。
2. Parallel Scavenge + Parallel Old：适合追求高吞吐量的场景。
3. ParNew + CMS：适合低延迟应用。
4. G1 GC：适合需要均衡吞吐量和延迟的场景。

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6. 总结

垃圾收集器组合的限制主要源于算法不兼容、优化目标冲突以及 JVM 实现限制。以 ParNew 和 Parallel Old 为例：

• ParNew 专为 CMS 设计，追求低延迟；
• Parallel Old 为 Parallel Scavenge 设计，追求高吞吐量。

不同的垃圾收集器各有侧重点，了解其特性和适用场景可以帮助我们选择适合具体应用的垃圾回收方案。