Java虚拟机：串行回收器

在 JVM 的垃圾回收器家族中，串行回收器（Serial GC） 是最古老、最基础的一位成员。虽然它不像 G1、ZGC 那样“高大上”，但正是它奠定了现代垃圾回收的基石。理解 Serial GC，不仅有助于我们应对老系统的性能问题，更能帮助我们深刻理解 GC 的设计思想。

本文将带你从工作原理、回收算法、日志解读、参数配置到应用场景，全方位剖析 Serial GC。

一、什么是串行回收器？

串行回收器是 JDK 中最基本的垃圾回收器之一，它的核心特点可以用两个词概括：单线程 和 独占式。

1.1 单线程回收

串行回收器在进行垃圾回收时，仅使用一个线程来完成所有 GC 工作。这意味着：

• 没有多线程协作的复杂逻辑

• 没有线程切换的开销

• 实现简单，执行高效

1.2 独占式回收（Stop-The-World）

串行回收器是独占式的——当它开始工作时，Java 应用程序中的所有用户线程都必须完全暂停，等待 GC 完成。这个过程被称为 "Stop-The-World"（简称 STW）。

在 GC 期间，所有业务线程都被“冻结”，这对实时性要求较高的系统来说，可能是不可接受的。但在某些场景下，这种“简单粗暴”的方式反而带来了最佳性能。

二、新生代串行回收器（Serial Young GC）

2.1 算法：复制算法

新生代串行回收器采用 复制算法（Copying Algorithm）。

其核心思想是：将新生代内存划分为一个较大的 Eden 区 和两个较小的 Survivor 区（From 和 To）。每次 GC 时，将 Eden 和 From 中存活的对象复制到 To 区，然后清空 Eden 和 From，最后交换 From 和 To 的角色。

为什么用复制算法？

• 新生代对象朝生夕死，存活率极低

• 复制算法的效率与存活对象数量成正比，非常适合新生代

• 实现简单，没有内存碎片问题

2.2 优势与局限

2.3 参数配置

-XX:+UseSerialGC

使用该参数后，JVM 会同时启用：

• 新生代：Serial 收集器（使用复制算法）

• 老年代：Serial Old 收集器（使用标记-压缩算法）

在 Client 模式 下，Serial GC 是 JVM 的默认垃圾收集器。

三、老年代串行回收器（Serial Old GC）

3.1 算法：标记-压缩算法

老年代串行回收器采用 标记-压缩算法（Mark-Compact Algorithm）。

该算法分为三个阶段：

为什么老年代不用复制算法？

• 老年代对象存活率高，复制成本太高

• 标记-压缩算法避免了内存碎片，且不需要额外空间

3.2 注意：老年代 GC 停顿更长

由于老年代空间通常更大，且存活对象更多，Full GC 的停顿时间往往远超 Young GC。在堆内存较大的应用中，一次 Serial Old GC 可能导致秒级甚至更长的停顿，这在生产环境中需要特别警惕。

3.3 参数配置

# 方式一：新生代和老年代都使用串行
-XX:+UseSerialGC

# 方式二：新生代使用 ParNew，老年代使用串行
-XX:+UseParNewGC

# 方式三：新生代使用 ParallelGC，老年代使用串行
-XX:+UseParallelGC

四、GC 日志深度解读

4.1 新生代 GC 日志

[GC [DefNew: 310K->194K(2368K), 0.0269163 secs] 310K->194K(7680K), 0.0269513 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.03 secs]

我们来逐段拆解：

Times 字段详解：

• user：GC 线程消耗的 CPU 时间

• sys：操作系统调用及等待系统事件的时间

• real：应用程序实际暂停的时间（挂钟时间）

对于 Serial GC，由于只使用单线程，real ≈ user + sys。

4.2 老年代 GC（Full GC）日志

25.299: [Full GC (Allocation Failure) 25.300: [Tenured: 126975K->84388K(126976K), 0.1865275 secs] 741375K->84388K(741376K), [Metaspace: 3476K->3476K(1056768K)], 0.1866490 secs] [Times: user=0.19 sys=0.00, real=0.18 secs]

4.3 不同收集器的新生代名称对照

五、示例代码与运行验证

下面我们用一段代码来模拟内存溢出，观察 Serial GC 的工作过程：

import java.util.Random;

public class GCDemo {
public static void main(String[] args) {
System.out.println("===== GCDemo, Hello =====");
try {
String str = "GCDemo";
while (true) {
str += str + new Random().nextInt(77777777)
+ new Random().nextInt(88888888);
str.intern();
}
} catch (Throwable e) {
e.printStackTrace();
}
}
}

运行参数：

-XX:+UseSerialGC -Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails

输出日志示例：

[GC [DefNew: 1393K->25K(3072K), 0.009758 secs] 5793K->5793K(9920K), 0.0010059 secs]
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 5767K->4167K(6948K), 0.0023995 secs] …
java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3332)
at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(…)

可以看到：

六、总结：Serial GC 的优缺点与应用场景

6.1 优点

✅ 实现简单，逻辑高效 — 代码成熟稳定，几乎没有复杂 bug
✅ 单线程无交互开销 — 没有多线程锁竞争和上下文切换
✅ 在单 CPU 环境下性能最佳 — 多线程反而会带来额外开销
✅ 内存占用小 — 不需要维护复杂的数据结构

6.2 缺点

❌ STW 停顿时间长 — 堆内存越大，停顿越明显
❌ 无法利用多核 CPU — 在多核时代显得有些“落伍”
❌ 用户体验差 — 在交互式应用中，停顿可能导致卡顿

6.3 适用场景