CMS、G1、ZGC性能演进聚焦停顿可控性、大堆适应性、碎片治理:CMS“尽量少停”但碎片致Full GC不可控;G1实现“可设上限”停顿;ZGC迈向“几乎不停”。

CMS、G1 和 ZGC 的性能演进不是简单“谁更快”,而是围绕停顿时间可控性、大堆适应性、碎片治理能力三方面层层递进的升级。核心趋势是:从“尽量少停”(CMS),走向“可设上限”(G1),再迈向“几乎不停”(ZGC)。
CMS:低延迟先驱,但受限于碎片与不确定性
CMS 是首个主打并发回收的老年代收集器,靠“并发标记+并发清除”把 STW 时间压得很短。但它用的是标记-清除算法,不整理内存,长期运行后碎片堆积,容易触发 Full GC——这时停顿可能长达数秒,完全不可控。另外,并发阶段若业务分配太快,还会出现“concurrent mode failure”,直接 fallback 到 Serial Old,彻底失去低延迟意义。它适合堆不大(
- 典型停顿:2–200ms(波动大,依赖堆使用模式)
- 最大隐患:碎片导致的 Full GC 不可预测
- JDK 9 起已废弃,JDK 14 彻底移除
G1:分区化设计带来可预测性与自愈能力
G1 把堆切成固定大小 Region(1–32MB),不再严格区分新生代/老年代,而是按垃圾密度动态选择回收区域。“Garbage-First”就是优先清理收益最高的 Region。它在并发标记后做筛选回收,过程中会复制存活对象,天然完成局部压缩,大幅降低碎片风险。通过 -XX:MaxGCPauseMillis 可设定目标停顿(如 200ms),G1 会据此调整每次回收的 Region 数量和类型。
- 典型停顿:稳定在目标值附近(如设 200ms,实际多在 150–220ms)
- 优势:大堆(数十GB)下仍保持可控停顿,碎片少,Full GC 极少发生
- 代价:算法更重,吞吐量略低于 Parallel GC,JDK 8 中尚不成熟,JDK 9+ 成为默认
ZGC:面向超低延迟的全并发重构
ZGC 的目标是让 GC 停顿与堆大小解耦——无论堆是 4GB 还是 4TB,停顿都控制在 10ms 以内。它靠三项关键技术实现:彩色指针(Colored Pointer)记录对象状态,读屏障(Read Barrier)拦截对象访问并实时更新元数据,并发转移(Concurrent Relocation)全程不 STW 就完成对象复制与引用更新。ZGC 的 STW 阶段只剩极短的初始标记和最终标记(各约 1ms),其余全部并发。
- 典型停顿:平均 1–3ms,P99 ≤ 10ms,与堆大小无关
- 适用场景:金融风控、高频交易、实时推荐等对抖动零容忍的系统
- 约束:仅支持 64 位 Linux/macOS/Windows;CPU 开销略高;JDK 15+ 生产就绪
演进主线很清晰
从 CMS 到 G1,是用分区模型和部分整理解决碎片与不可控问题;从 G1 到 ZGC,是用硬件辅助(指针着色)+ 全并发流程消除 STW 瓶颈。这不是替代,而是分层适配:小项目用 Parallel,中大型服务用 G1,极致低延迟场景才上 ZGC。选型关键不在“新”,而在你的停顿敏感度、堆规模、以及能否承担新 GC 的额外资源开销。


















