垃圾收集器

Posted 2020-10-19 专注改变人生。

一、垃圾收集器之Serial

• serial收集器

serial收集器是最基本发展最悠久的收集器。serial收集器是一个单线程的收集器，但他的“单线程”的意义并不仅仅只会使用一个cpu或者一条线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在他进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到收集结束。

serial/serial Old收集器运行示意图

• serial的优点：简单有效(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的收集效率。serial收集期对于运行在client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。
• 串行收集器是最古老，最稳定以及效率高的收集器，可能会产生较长的停顿，只使用一个线程去回收。新生代、老年代使用串行回收；新生代复制算法、老年代标记-压缩；垃圾收集的过程中会Stop The World（服务暂停）
• 串行垃圾回收器通过持有应用程序所有的线程进行工作。它为单线程环境设计，只使用一个单独的线程进行垃圾回收，通过冻结所有应用程序线程进行工作，所以可能不适合服务器环境。它最适合的是简单的命令行程序。

通过JVM参数-XX:+UseSerialGC可以使用串行垃圾回收器。

 

二、垃圾收集器之ParNew收集器

• ParNew收集器是JAVA虚拟机中垃圾收集器的一种。它是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（例如：-XX:SurvivorRatio、 -XX:PretenureSizeThreshold、-XX:HandlePromotionFailure等）、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器一致。

• ParNew是许多运行在Server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器，，除了Serial收集器外，只有它能与CMS收集器配合工作。
• ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本。新生代并行，老年代串行；新生代复制算法、老年代标记-压缩

参数控制：-XX:+UseParNewGC  ParNew收集器

-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量

 

 三、垃圾收集器之parallel 收集器

Parallel Scavenge收集器也是使用复制算法的收集器
Parallel Scavenge的特点：Parallel Scavenge关注与其他收集器不同，CMS等收集器的关注点是尽可能地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，所谓的吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总耗时间的比值，即吞吐量 = 运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)。

 

四、垃圾收集器之CMS（Concurrent Mark Sweep）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。目前很大一部分的Java应用都集中在互联网站或B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。

从名字（包含“Mark Sweep”）上就可以看出CMS收集器是基于“标记-清除”算法实现的，它的运作过程相对于前面几种收集器来说要更复杂一些，整个过程分为4个步骤，包括： 

1. 初始标记（CMS initial mark）
2. 并发标记（CMS concurrent mark）
3. 重新标记（CMS remark）
4. 并发清除（CMS concurrent sweep）

 其中初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”。初始标记仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快，并发标记阶段就是进行GC Roots Tracing的过程，而重新标记阶段则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对象的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段稍长一些，但远比并发标记的时间短。 
      由于整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除过程中，收集器线程都可以与用户线程一起工作，所以总体上来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发地执行。

• 优点:并发收集、低停顿 
•    缺点：产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量

   参数控制：-XX:+UseConcMarkSweepGC  使用CMS收集器

             -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection Full GC后，进行一次碎片整理；整理过程是独占的，会引起停顿时间变长

            -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction  设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理

            -XX:ParallelCMSThreads  设定CMS的线程数量（一般情况约等于可用CPU数量）

 

五、垃圾收集器之G1收集器

　　5.1　　与CMS收集器相比G1收集器有以下特点：

1. 1. 能够像CMS收集器一样跟应用线程并行操作
2. 2. 收缩空闲空间不会造成由长GC引起的应用停顿时间。
3. 3. 更精确的预测GC停顿时间
4. 4. 不会牺牲太多的吞吐效率
5. 5. 不请求较多的Java堆

　　5.2　　区域划分

 

 　　5.3　　新生代收集

G1的新生代收集跟ParNew类似，当新生代占用达到一定比例的时候，开始出发收集。

被圈起的绿色部分为新生代的区域(region)，经过Young GC后存活的对象被复制到一个或者多个区域空闲中，这些被填充的区域将是新的新生代；当新生代对象的年龄(逃逸过一次Young GC年龄增加１)已经达到某个阈值(ParNew默认15)，被复制到老年代的区域中。

回收过程是停顿的(STW,Stop-The-Word);回收完成之后根据Young GC的统计信息调整Eden和Survivor的大小，有助于合理利用内存，提高回收效率。回收的过程多个回收线程并发收集。

 

 　　5.4　　老年代收集

　　老年代的处理流程与新生代的不一样，因为任何时候如果要想标注老年代的不用内存空间，都需要进行一些暂停，而G1之中的最大好处它不用进行全内存扫描，只需要按照区域来进行扫描即可。

 

和CMS类似，G1收集器收集老年代对象会有短暂停顿。

1. 标记阶段，首先初始标记(Initial-Mark),这个阶段是停顿的(Stop the World Event)，并且会触发一次普通Mintor GC。对应GC log:GC pause (young) (inital-mark)
2. Root Region Scanning，程序运行过程中会回收survivor区(存活到老年代)，这一过程必须在young GC之前完成。
3. Concurrent Marking，在整个堆中进行并发标记(和应用程序并发执行)，此过程可能被young GC中断。在并发标记阶段，若发现区域对象中的所有对象都是垃圾，那个这个区域会被立即回收(图中打X)。同时，并发标记过程中，会计算每个区域的对象活性(区域中存活对象的比例)。
   
    
4. Remark, 再标记，会有短暂停顿(STW)。再标记阶段是用来收集 并发标记阶段 产生新的垃圾(并发阶段和应用程序一同运行)；G1中采用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。
5. Copy/Clean up，多线程清除失活对象，会有STW。G1将回收区域的存活对象拷贝到新区域，清除Remember Sets，并发清空回收区域并把它返回到空闲区域链表中。
   
6. 复制/清除过程后。回收区域的活性对象已经被集中回收到深蓝色和深绿色区域。
   

 

 　　5.5　　G1相关处理参数

清楚了G1的基本运行原理之后，那么下面就需要进行一些G1的配置。（需慎重使用，可能会有一些问题出现）

G1收集器参数