JVM调优之：垃圾收集器

java语言最大的特色就是能够进行自动垃圾回收处理，无需开发人员过于关注系统资源的释放状况。自动垃圾收集虽然大大减轻了开发人员的工做量，但同时也增长了软件系统的负担。一个不合适的垃圾回收方法和策略会对系统形成不良影响。

1.垃圾与回收算法思想

引用计数法：

引用计数法是最经典也是最古老的的一种垃圾回收方法，引用计数器的实现很简单，对于一个对象A，只要任何一个对象引用了A，则A的计数器上就加1，当引用失效就减1，当A的引用计数器值为0时，则A就不会再被引用。

引用计数器的实现也很简单，可是有一个严重的问题，即没法处理相互引用的状况。就好比A对象引用了B对象，同时B对象也引用的A对象，除此以外在没有其余对象应用A和B，则A和B引用计数器的值都不为0，可是A和B均不会再被使用，这样就致使不能回收到A和B对象，引发内存泄露。

标记-清除算法：

标记清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。标记清除算法把垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。一种可行的实现是，在标记阶段，首先经过根节点，标记全部从根节点可达的对象。所以未标记的对象就是未被引用的垃圾对象。而后在清除阶段，清除全部未被标记的对象。标记-清除算法最大的一个问题就是空间碎片。觉得回收后的空间是不连续的，工做效率低于连续的内存空间。

复制算法：

复制算法是一种相对高效的回收方法。它的核心思想是：将原有的内存空间分红两块，每次只使用其中的一块，在垃圾回收时，将正在使用的内存中的存活对象复制到未使用的内存块中，清除正在使用的内存块中的全部对象，交换两个内存块角色，完成垃圾回收。在JVM新生代中survivor中使用了复制算法进行垃圾回收。若是系统中的垃圾对象不少，复制算法须要复制的存活对象数量并不会太大，所以在垃圾回收时，复制算法的效率是很高的。且复制是统一将存活对象复制到新的内存区域中，所以不会产生空间碎片。

标记-压缩算法：

复制算法的高效性是创建在垃圾对象多，存活对象少的前提下。这种状况年轻代常常发生，可是对于老年代每每是存活对象多，垃圾对象少，在这种状况下复制的成本也将很高，所以复制算法并不适合老年代垃圾回收。

标记-压缩算法是一种老年代的垃圾回收算法，它在标记-清除算法的基础上作了一些优化。标记-压缩算法首先也是须要从跟节点开始，对全部可达对象作一次标记，而后将全部存活对象压缩到内存的一端，而后清除掉边界外的全部空间。这种算法避免了碎片的产生，也不须要两个相同的内存空间，所以性价比较高。

增量算法：

对大部分垃圾回收算法而言，在垃圾回收的过程当中，应用系统软件处于一种“Stop the World”的状态。在“Stop the World”状态下应用程序的全部线程都会挂起，暂停一切正常的工做，等待垃圾回收的完成。若是垃圾回收时间很长，应用系统暂停时间也会很长，影响用户体验。

增量算法的基本思想是若是一次性将全部垃圾进行处理，须要形成系统长时间的停顿，那么可让垃圾收集和应用程序交替止执行。每次，垃圾收集之回收一小片内存区域，接着切换到应用程序执行。如此反复直到垃圾回收完成。这种间断式的垃圾收集虽然减少了应用系统的等待时间，可是因为线程的切换和上下文替换的消耗，会使得垃圾回收的总体成本升高。

分代：

前面介绍的复制、标记-清除、标记-压缩等算法，并无一种算法能够彻底替换其余算法。它们都有各自的优缺点。所以根据垃圾回收对象的特色不一样，使用不一样的回收算法才是明智之举。

分代就是基于这种思想，它将内存区域根据对象的特色分红不一样的内存区域，根据每块区域对象的特征不一样使用不一样的回收算法，以提升工做效率。

2.垃圾收集器的类型

按线程数分：

串行：一次只使用一个线程继续垃圾回收。

并行：一次开启多个线程进行垃圾回收。在cup能力较强时使用并行能够提升垃圾收集效率，缩短GC停顿时间。

按工做模式分：

并发式：并发式垃圾收集器与应用系统交替工做，以尽量减小应用系统的停顿时间。

独占式：独占式垃圾收集器一旦运行“Stop the World”就中止应用程序运行，直到垃圾收集彻底接受，才容许应用程序执行。

按工做内存区间分：

新生代垃圾收集器：只在新生代工做。

老年代垃圾收集器：只在老年代工做。

3.垃圾收集器

新生代串行收集器：单线程、独占式、复制算法；单CPU处理器时性能优越。

老年代串行收集器：单线程、独占式、标记-压缩算法；

并行收集器：工做在新生代、将新生代串行收集器多线程化，回收策略、算法、参数和新生产串行收集器同样。

新生代并行收集器：和并行收集器同样，可是能够设置“最大垃圾收集停顿时间”和“吞吐量大小”。自适应GC条件策略。

老年代并行收集器：标记-压缩算法，能够设置“最大垃圾收集停顿时间”和“吞吐量大小”。

CMS收集器：并发、标记、清除

G1收集器：标记压缩算法，能够进行精确停顿控制（在M时间内，停顿时间不超过N），预期优于CMS收集器。