JVM之垃圾收集器

Posted 2021-01-28 java-spring

前一篇讲了垃圾收集算法--JVM之GC算法、垃圾收集算法——标记-清除算法、复制算法、标记-整理算法、分代收集算法，如果把它看作是方法论，那么下面说的就应该是内存回收的具体实现。

先看一下JVM中有哪些垃圾收集器，如下图所示：

上图一共展示了七种作用于不同分代的垃圾收集器，如果两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用。

1、Serial 收集器

JDK1.3之前作为新生代收集器的唯一选择。它是单线程收集器，这里的单线程不仅仅说明它只会使用一个CPU和一条收集线程去完成垃圾收集工作，

更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有工作线程，直到它收集结束。此种现象称之为“Stop The World”，通俗点讲就是“妈妈在打扫房间

的时候，孩子只能等待，不能乱扔垃圾”。

Serial/Serial Old收集器运行示意图如下：

当然，Serial收集器也有其优点：简单而高效（与其他收集器的单线程比），对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，

专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。所以，Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。

2、ParNew 收集器

 ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，除了使用多线程进行垃圾收集之外，其余行为（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收集器运行示意图如下：

除了Serial收集器，目前只有ParNew收集器可以和CMS收集器配合工作。CMS收集器是并发收集器，可以让垃圾收集线程和用户线程（基本上）

同时工作，用前面的例子，就是说，“妈妈在打扫房间的时候，孩子可以扔垃圾”。

3、Parallel Scavenge收集器

使用的是复制算法，又是并行的多线程收集器。其特点是，关注点和其他收集器不同，CMS等收集器的关注点是尽可能的缩短垃圾收集时用户线程

的停顿时间，而Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量。吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间），

虚拟机总共运行100分钟，其中垃圾收集花掉了1分钟，那吞吐量就是99%。

Parallel Scavenge收集器也经常称为“吞吐量优先”收集器，通过参数：-XX:MaxGCPauseMillis（设置最大垃圾收集停顿时间）、-XX:GCTimeRatio（设置吞吐量大小）

可以精确控制吞吐量。另外还有一个参数：-XX:+UseAdaptiveSizePolicy，这是一个开关参数，当这个参数打开后，就不需要手工指定新生代的大小（-Xmn）、Eden

与Survivor区的比例（-XX:SurvivorRatio）、晋升老年代对象大小（-XX:PretenureSizeThreshold）等细节参数了，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信

息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或者最大的吞吐量，这种调节方式称为GC自适应的调节策略（GC Ergonomics）。

4、Serial Old收集器

是Serial收集器的老年代版本，是单线程收集器，使用“标记-整理算法”。

Serial Old收集器运行示意图如下：

 5、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。

Parallel Old收集器运行示意图如下：

6、CMS收集器

 CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。使用的是“标记-清除”算法。

在运行过程分为四个步骤：

• 初始标记（CMS initial mark）：标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快，需要“Stop The World”。
• 并发标记（CMS concurrent mark）：就是进行GC Roots Tracing的过程。
• 重新标记（CMS remark）：为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，需要“Stop The World”，停顿时间比初始标记稍长，但远比并发标记的时间短。
• 并发清除（CMS concurrent sweep） 

 整个过程中并发标记和并发清除线程都可以与用户线程一起工作，所以从总体上来说，CMS收集器的内存回收过程与用户线程是一起并发执行的。

 CMS收集器运行示意图如下：

 

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收集器基于“标记-清除”算法实现的，收集结束时会有大量空间碎片产生。碎片过多时，会提前触发因此FULL GC。CMS提供了

-XX：+UseCMSCompactAtFullCollection开关参数，用于在CMS收集器顶不住要进行FullGC时开启内存碎片的合并整理过程，内存

整理的过程是无法冰法的，空间碎片问题没有了，但停顿时间不得不变长。

 7、G1收集器

是一款面向服务端应用的垃圾收集器。运行过程分为如下几个步骤：

• 初始标记（Initial Mark）：标记一下GC Roots能直接关联到的对象，并且修改TAMS（Next Top at Mark Start）的值，让下一阶段用户程序并发运行时，能在正确可用的Region中创建新对象，这阶段需要停顿，但耗时很短。
• 并发标记（Concurrent Mark）：是从GC Root开始对堆中对象进行可达性分析，找出存活的对象，这个阶段耗时较长，但可与用户程序并发执行。
• 最终标记（Final Marking）：是为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分标记记录，这个阶段需要停顿线程，但是可并行执行。
• 筛选回收（Live Data Counting and Evacuction） ：首先对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划，这个阶段也可以和用户程序并发执行。

 G1收集器运行示意图如下：