JVM学习（二）垃圾收集器

时间 2019-12-01

标签 jvm 学习垃圾收集栏目 Java 繁體版

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上一篇介绍的垃圾回收算法是内存回收的方法论，垃圾收集器就是垃圾回收的具体实现。算法

不一样厂商、不一样版本的虚拟机所提供的垃圾收集器可能会有很大差异，书中主要讲的是HotSpot虚拟机的垃圾收集器（在JDK1.7中正式提供了商用的G1收集器）。服务器

（图片来源网络，侵权删）网络

图中展现了7种做用于不一样年代的收集器，若是两个收集器之间存在连线，就说明它们能够搭配使用。虚拟机所处的区域，则表示它是属于新生代仍是老年代收集器。多线程

1、Serial收集器

Serial 收集器是最基本、发展历史最悠久的收集器，曾经（在JDK1.3.1以前）是虚拟机新生代收集的惟一选择。并发

简单介绍： 这个收集器是一个单线程的收集器，但它的“单线程”的意义并不只仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工做，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其余全部工做线程，直到它收集结束。因而有了“Stop The World”称号（由于要暂停其余全部线程，因此一点也不酷=-=）
应用场景： 它如今依然是虚拟机运行在Client模式下的默认新生代收集器
优于其它收集器的地方： 简单而高效（与其它收集器的单线程相比），对于限定单个CPU的环境来讲，Serial收集器因为没有线程交互的开销，专心作垃圾收集天然能够得到最高的单线程收集效率。

2、ParNew收集器

简单介绍： 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以外，其他行为包括Serial收集器可用的全部控制参数、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器彻底同样。布局
应用场景： 在Server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器，其中一个缘由，是除了Serial收集器外，目前只有它能与CMS收集器配合工做。不幸的是，CMS做为老年代的收集器，却没法与JDK1.4.0中已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge配合工做，因此在JDK1.5使用CMS来收集老年代的时候，新生代只能选择ParNew或者Serial收集器中的一个。ParNew收集器也是使用**-XX:+UseConcMarkSweepGC选项后的默认新生代收集器，也可使用-XX:+UseParNewGC**选项来强制制定它。性能
ParNew和Serial比较： ParNew收集器在单CPU的环境中绝对不会比Serial收集器更好的效果，甚至因为存在线程交互的开销，该收集器在经过超线程技术实现的两个CPU的环境都不能百分之百地保证能够超越Serial收集器。固然，随着可使用的CPU的数量的增长，它对GC时系统资源的有效利用仍是颇有好处的。它默认开启的收集线程数与CPU的数量相同，在CPU很是多的状况下，可使用**-XX:ParallelGCThreads参数来限制垃圾收集的线程数**。学习

3、Parallel Scavenge收集器：**

简单介绍: Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器，它也是使用复制算法的收集器，是并行的多线程收集器。
应用场景： 停顿时间越短就越适合须要与用户交互的程序，高吞吐量能够高效率地利用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须要太多交互的任务。
对比分析：
- Parallel Scavenge收集器的特色是它的关注点与其它收集器不一样 CMS等收集器的关注点是尽量地缩短垃圾收集时用户线程的卡顿时间，而Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）。所谓吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即吞吐量 = 运行用户代码时间/(运行用户代码时间间+垃圾收集时间)。因为与吞吐量关系密切，Parallel Scavenge收集器也常常称为“吞吐量优先”收集器。
- 与Parallel Scavenge收集器与ParNew收集器的区别： Parallel Scavenge收集器有一个参数**-XX:+UserAdaptiveSizePolicy**，这是一个开关参数，当这个参数打开以后，就不须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:PretenureSizeThreadhold）等细节参数了，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**

简单介绍： Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它一样是一个单线程收集器，使用**“标记-整理”算法**。
应用场景： 这个收集器的主要意义也是在于给Client模式下的虚拟机使用。若是在Server模式下，它还有两大用途：
- 在JDK1.5以及以前的版本中与Parallel Scavenge收集器搭配使用。
- 做为CMS收集器的后备预案，在并发收集器发生Concurrent Mode Failure时使用。

5、Parallel Old收集器

简单介绍： Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和**“标记-整理”法**。这个收集器是在JDK1.6中才开始提供的，在此以前，新生代的Parallel Scavenge收集器一直处于比较尴尬的状态，由于若是新生代选择了Parallel Scavenge收集器，老年代除了Serial Old（PS MarkSweep）收集器以外别无选择。因为老年代Serial Old收集器在服务端应用性能上的“拖累”，使用了Parallel Scavenge收集器未必能在总体应用上得到吞吐量最大化的效果，因为单线程的老年代收集中没法充分利用服务器多CPU的处理能力，在老年代很大并且硬件比较高级的环境中，这种组合的吞吐量甚至还不必定有ParNew加CMS的组合好。
应用场景： 直到Parallel Old收集器出现后，“吞吐量优先”收集器终于有了比较名副其实的应用组合，在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合，均可以优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器。

6、CMS收集器**

简单介绍： 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。 CMS收集器是基于**“标记-清除”**算法实现的，整个过程分为四个步骤：
- 初始标记（CMS initial mark） 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（CMS concurrent mark） 进行GC Roots Tracing的过程
- 从新标记（CMS remark） 为了修正并发标记期间因用户程序继续运做而致使标记产生变更的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长些，但远比并发标记的时间短。
并发清除（CMS concurrent sweep）

其中，初始标记、从新标记这两个步骤仍然须要**“Stop The World”。因为整个过程当中耗时最长的并发标记和并发清除过程**收集器线程均可以与用户线程一块儿工做，因此，从整体上来讲，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一块儿并发执行的。

优势： 并发收集、低停顿
缺点：
CMS收集器对CPU资源很是敏感 在并发阶段，它虽然不会致使用户线程卡顿，可是会由于占用了一部分线程（或者说CPU资源）而致使应用程序变慢，总吞吐量会下降。 CMS默认启动的回收线程是（CPU数量+3）/ 4，也就是当CPU在4个以上是，并发回收时垃圾收集线程很多于25%的CPU资源，而且随着CPU数量的增长而降低。可是当CPU不足4个时，CMS对用户程序的影响就可能变得更大。
CMS收集器没法处理浮动垃圾（Floating Garbage） 可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而致使另外一次Full GC的产生。因为CMS并发清理阶段用户线程还在运行着，伴随程序运行天然就还会有新的垃圾不断产生，这一部分垃圾出现标记过程以后，CMS没法在当次收集中处理掉它们，只好留待下一次GC时再清理掉。这一部分垃圾就成为“浮动垃圾”。因为在垃圾收集阶段用户线程还须要运行，那也就还须要预留有足够的内存空间给用户线程使用，所以CMS收集器不能像其它收集器那样等到老年代几乎完成被填满再进行收集，须要预留一部分空间提供并发收集时的程序运做使用。
收集结束时会有大量空间碎片产生 “标记-清理”算法，意味着收集结束时会有大量空间碎片产生。空间碎片过多时，将会给大对象分配带来很大麻烦，每每会出现老年代还有很大空间剩余，可是没法找到足够大的连续空间来分配当前对象，不得不提早触发一次Full GC。

7、G1收集器**

简单介绍： **G1（Garbage-First）**收集器是当前收集器技术发展的最前沿成果之一。它是一款面向服务端应用的垃圾收集器，具有如下特色：
并行与并发 G1能充分利用多CPU、多核环境下的硬件有时，使用多个CPU来缩短Stop-The-World停顿的时间，部分其它收集器本来须要停顿Java线程执行的GC动做，G1收集器仍然能够经过并发的方式让Java程序继续运行。
分代收集 虽然G1能够不须要其它收集器配合就能独立管理整个GC堆，但它可以采用不一样的方式去处理新建立的对象和已经存活了一段时间、熬过屡次GC的旧对象以获取更好的收集结果。
空间整合 与CMS的“标记-清理”算法不一样，G1从总体来看是基于“标记-整理”算法实现的收集器，从局部（两个Region之间）上来看是基于“复制”算法实现的，但不管如何，这两种算法都意味着G1运做期间不会产生内存空间碎片，收集后能提供规整的可用内存。这种特性有利于程序长时间运行，分配大对象时不会由于没法找到连续内存空间而提早触发下一次GC。
可预测的停顿 这是G1相对于CMS的另外一大优点，下降停顿时间是G1和CMS共同的关注点，但G1除了追求低停顿以外，还能创建可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片断内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒，这几乎已是实时Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。

在G1以前的其余收集器进行收集的范围都是整个新生代或者老年代，而G1再也不是这样。使用G1收集器时，Java堆的内存布局就与其它收集器有很大差异，它将整个Java堆分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代再也不是物理隔离的了，它们都是一部分Region（不须要连续）的集合。

G1收集器之因此能创建可预测的停顿时间模型，是由于它能够有计划地避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小（回收所得到的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据容许的收集时间，优先回收价值最大的Region（这也是Garbage-First名称的来由）。这种使用Region划份内存空间以及有优先级的区域回收方式，保证了G1收集器在有限的时间内能够获取尽量高的收集效率。

G1收集器的运做大体可划分为如下几个步骤:
- 初始标记(Initial Marking) 初始标记阶段仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，而且修改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中建立新对象，这个阶段须要停顿线程，但耗时很短。
- 并发标记(Concurrent Marking) 并发标记阶段是从GC Root开始对堆中对象进行可达性分析，找出存活的对象，这阶段耗时较长，但可与用户程序并发执行。
- 最终标记(Final Marking) 最终标记阶段则是为了修正在并发标记期间因用户程序继续运做而致使标记产生变更的那一部分标记记录，虚拟机将这段时间对象变化记录在Remembered Set Logs里面，该阶段会把Remembered Set Logs的数据合并到Remembered Set中，这阶段须要停顿线程，可是可并行执行。
- 筛选回收（Live Data Counting and Evacuation） 筛选回收阶段首先对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期待的GC停顿时间来制定回收计划这个阶段其实能够作到与用户程序一块儿并发执行，可是由于只回收一部分Region，时间是用户可控制的，并且停顿用户线程将大幅提升收集效率。

Ending

上面记录了这么多垃圾收集器的特色和优缺点，并无说哪一个最好的，以为具体使用仍是看业务要求吧。

了解完GC算法和垃圾收集器后，下一篇好好学习一下JVM经常使用命令吧。