面试常问之垃圾收集器(CMS收集器 , G1收集器…)

Posted 2021-09-04 你这家伙

Java堆内存被划分为新生代和年老代两部分，新生代主要使用复制和标记-清除垃圾回收算法，年老代主要使用标记-整理垃圾回收算法，因此java虚拟中针对新生代和年老代分别提供了多种不同的垃圾收集器，以下讲的收集器基于JDK1.7的G1收集器之后的HotSpot虚拟机，这个JVM包含的所有收集器，垃圾回收器有很多，夏淼淼罗列出七种常见的垃圾回收器如下图所示:

垃圾收集器

为什么有这么多垃圾回收器呢？

1. 历史的发展，java的不断更新，GC的不断改进
2. 垃圾回收器没有好坏之分，只不过没有人能够解决所有问题，根据不同的场景使用不同的垃圾回收器（但是一般默认就够了）

垃圾的回收评价指标

1. 回收空间的效率（如两个人打扫同一间房子，效果当然是不一样的）
2. 回收的速度（两个人打扫房间的时间也不一样 -> 影响STW）
3. 是否允许和应用线程并行（扫地的时候不影响其他人正常工作 -> 影响STW）
4. 垃圾回收器是否是多线程（因为 标记/回收 都是CPU密集型操作，每个线程负责一部分，那当然效率会更高）
5. 垃圾回收的时间是否可预期
6. ……
   STW问题可参考这篇文章，有提到

1.1.Serials收集器(新生代收集器，穿行GC)

Serial收集器是最基本、发展历史最悠久的收集器，曾经（在JDK 1.3.1之前）是虚拟机新生代收集的唯
一选择。

Serial收集器是虚拟运行在Client模式下的默认新生代收集器。

Serials收集器的特点和优势
特点：
他是一个单线程的收集器，“单线程”的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或者一条收集线程取完成垃圾收集工作，而且当它在进行垃圾收集（GC）时，其他的工作线程也必须停下来，直到它收集结束。
优势：
因为进行GC操作是需要开销的，对于单个线程来说，那么肯定开销要小，所以对应的对于限定单个CPU的环境来说，这个收集器没有线程交互的开销，那么就可以获得更高的单线程收集效率

1.2. ParNew收集器(新生代收集器,并行GC)

ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，除了使用多条线程进行垃圾收集之外，其余行为包
括Serial收集器可用的所有控制参数、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与
Serial收集器完全一样

ParNew收集器是许多个运行在Server（服务器）模式下的虚拟机中首选的新生代收集器。

ParNew收集器与Serial收集器的对比分析：

在单个线程（CPU）的情况下，那当然没有比Serial收集器更好的效果，甚至由于存在线程小胡的开销，ParNew收集器通过超线程实现的两个CPU的环境中都不能百分百的可以超过Serial收集器，但是随着可以使用CPU的数量的增加，对于GC是系统资源的有效利用还是很有好处的。

3.3.Parallel Scanvenge收集器(新生代收集器，并行GC)

和上面的ParNew收集器类似，但是Parallel Scanvenge收集器的目的是为了能够控制吞吐量（也就是一轮GC下来要回收多少内存），能够进行更精确的回收控制

Parallel Scavenge收集器使用两个参数控制吞吐量：

• XX:MaxGCPauseMillis 控制最大的垃圾收集停顿时间
• XX:GCRatio 直接设置吞吐量的大小

Parallel Scavenge收集器的应用场景：
停顿时间越短就越适合需要与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验，而高吞吐量则可以高
效率地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。

3.4.Serial Old收集器(老年代收集器，串行GC)

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用标记－整理算法。

应用场景：

• Client模式 Serial Old收集器的主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用。
• Server模式 如果在Server模式下，那么它主要还有两大用途：一种用途是在JDK 1.5以及之前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用，另一种用途就是作为CMS收集器的后备预案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure时使用。

3.5. Parallel Old收集器(老年代收集器，并行GC)

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和“标记－整理”算法。

在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合，都可以优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器。

3.6.CMS收集器(老年代收集器，并发GC)

CMS收集器的目的就是获取最短回收停顿时间（STW）

CMS是基于“标记-清除”算法实现，步骤为：

采取标记-清除的操作

1. 初始标记：只标记一下GC Root能够直接关联到的对象，速度很快 ，需要“STW”
2. 并发标记：上面的初始标记只是标记了与GC Root直接相关联的对象，而这一层是标记可达性的对象，也就是遍历初始标记的GC Root，接着往下取找那些对象是可达的，因为对象可能会很多，所以会很耗时。
3. 重新标记：在执行上面并发标记的时候我们的业务代码在随时变动，可能会有新的引用出现，旧的引用失效，所以需要对上面标记的再次进行重新标记，因为只是重新标记，所以速度也是很快的，需要“STW”
4. 并发清除：并发清除阶段会清除对象，和业务线程并发进行

CMS收集器的有点和缺点：

优点：

并发收集、低停顿。

缺点：

• CMS收集器对CPU资源非常敏感
• CMS收集器无法处理浮动垃圾
• CMS收集器会产生大量空间碎片

3.7.G1收集器(全区域的垃圾回收器)

G1收集器是前面几种收集器中最好的收集器

G1收集是内存划分成很多的region块，然后并行的对其进行垃圾回收

G1垃圾回收器回收region的时候基本不会STW（STW非常小） ，而是基于 most garbage优先回收(整体来看是基于"标 记-整理"算法，从局部(两个region之间)基于"复制"算法) 的策略来对region进行垃圾回收的。

年轻代垃圾收集

在G1垃圾收集器中，年轻代的垃圾回收过程使用复制算法。把Eden区(伊甸区)和Survivor区(生存区)的对象复制到新的Survivor区域。

老年代垃圾集

对于老年代上的垃圾收集，G1垃圾收集器也分为4个阶段，基本跟CMS垃圾收集器一样（初始标记 -> 并发标记 -> 最终标记 -> 筛选回收）