垃圾回收器

垃圾回收器的分类

• 串行回收指的是在同一时间段内只允许有一个CPU用于执行垃圾回收操作，此时工作线程被暂停，直至垃圾收集工作结束。

  • 在诸如CPU处理器或者较小的应用内存硬件平台不是特别优越的场合，串行回收器的性能表现可以超过并行回收器和并发回收器，所以，串行回收默认被应用在客户端的Client模式下的JVM中。
  • 在并发能力比较强的CPU上，并行回收器产生的停顿时间要短语串行回收器

• 和串行回收相反，并行收集可以运用多个CPU同时执行垃圾回收，因此提升了应用的吞吐量，不过并行回收仍然与串行回收一样，采用独占式，使用STW机制。

• 按照工作模式分，可以分为并发式垃圾回收器和独占式垃圾回收器

  • 并发式垃圾回收器与应用程序线程交替工作，以尽可能减少应用程序的停顿时间。
  • 独占式垃圾回收器一旦运行，就停止应用程序中的所有用户线程，直到垃圾回收过程完全结束。

• 按照碎片处理方式分，可分为压缩式垃圾回收器和非压缩式垃圾回收器。

  • 压缩式垃圾回收器会在回收完成后，对存活对象进行压缩整理，清除回收后的碎片（指针碰撞）
  • 非压缩式的垃圾回收器不进行这部操作，（空闲列表）

• 按工作的内存区间分，可分为年轻代垃圾回收器和老年代垃圾回收器。

评估GC性能指标

• 吞吐量：运行用户代码的时间占总运行时间的比例
• 垃圾收集开销：吞吐量的补数，垃圾收集所用时间与总运行时间的比例
• 暂停时间：执行垃圾收集时，程序的工作线程被暂停的时间
• 收集频率：相对于应用程序的执行，收集操作发生的频率
• 内存占用：Java堆区所占的内存大小
• 快速，一个对象从诞生到被回收所经历的时间

吞吐量

现在的标准：在最大吞吐量优先的情况下，降低停顿时间。

垃圾回收器的概述

七种经典的收集器与垃圾分代之间的关系

Young Gen ： Serial GC、Parallel Scavenge GC、ParNew GC

Old Gen：Serial Old GC、Parallel Old GC、CMS GC

整堆收集器： G1

在jdk8中取消了serial GC和CMS GC的搭配方案，在jdk10中将Parallel Scavenge GC和Serial Old GC删除了。

Serial回收器：串行回收

Serial收集器是最基本的、历史最悠久的垃圾收集器了。JDK1.3之前回收新生代的唯一的选择。Serial收集器作为HotSpot中Client模式下的默认新生代垃圾收集器。**Serial收集器采用复制算法、串行回收和STW机制的方式执行内存回收。**除了年轻代之外Serial收集器还提供了用于执行老年代收集的Serial Old收集器。Serial Old收集器同样也采用了串行回收和STW机制，只不过内存回收算法使用的是标记-压缩算法。

• Serial Old是运行在Client模式下默认的老年代的垃圾回收器
• Serial Old在Server模式下主要有两个用途
  • 与新生带的Parallel Scavenge配合使用
  • 作为老年代CMS收集器的后备垃圾收集方案

这个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说明他只会使用一个CPU或者一条收集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，必须暂停其他所有工作线程，知道收集结束。

优势：简单而高效，对于限定单个CPU的环境中，Serial收集器由于没有线程交互开销，专心做垃圾收集，自然可以获得最高的单线程收集效率。

ParNew回收器-并行回收

• 如果说Serial GC是年轻代中的单线程垃圾收集器，那么ParNew收集器则是Serial收集器的多线程版本。
• Par是Parallel的缩写， New只能处理的是新生带。
• ParNew收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外，两款垃圾收集器之间几乎没有任何区别。ParNew收集器在年轻代中同样也是采用复制算法，STW机制
• ParNew是很多JVM运行在Server模式下新生带的默认垃圾收集器。

对于新生带，回收次数频繁，使用并行方式更加高效，对于老年代，回收次数少，使用串行方式节省资源。

Parallel Scavenge回收器：吞吐量优先

• HotSpot的年轻代中除了ParNew收集器是基于并行回收的以外，Parallel Scavenge收集器同样也采用了复制算法、并行回收和STW机制。

• Parallel收集器和ParNew收集器不同的地方是Parrllel收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量，它也被称为吞吐量优先的垃圾收集器。

• 自适应调节策略也是Parallel Scavenge与ParNew的区别

• 高吞吐量则可以高效率的利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，尽快完成运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。因此，常见在服务器环境中使用，例如哪些执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序。

• Parallel 收集器在JDK1.6是提供了用于执行老年代垃圾收集器的Parallel Old收集器，用来代替来年代的Serial Old收集器

• Parallel Old收集器采用标记-压缩算法，但同样也是基于并行回收和STW机制。

CMS回收器-低延迟

在JDK1.5时，HotSpot退出了一款在强交互应用中几乎可认为有划时代意义的垃圾收集器，CMS收集器，这款收集器时HotSpot虚拟机中第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程同时工作CMS收集器的关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。停顿时间越短就越适合于用户交互的程序，良好的相应速度能提升用户体验。CMS的垃圾收集算法采用标记清除算法，并且也会STW。

初始标记和重新标记耗时很短，并发标记耗时较长

过程

• 初始标记阶段：在这个阶段中，程序中所有工作线程都将会因为STW机制而出现短暂的暂停，这个阶段的主要任务仅仅只是标记出GC Roots能直接关联到的对象。一旦标记完成就会恢复之前被暂停的所有应用线程，由于直接关联对象比较小，所以这里速度非常快。

• 并发标记阶段：从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以于垃圾收集线程一起并发运行。

• 重新标记阶段，由于在并发标记阶段中，程序的工作线程回合垃圾收集线程同时运行或者交叉运行，因此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拿一部分标记记录，这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段长一些，但也远比并发标记阶段时间短。

• 并发清理阶段：此阶段清理删除掉标记阶段判断的已死亡的对象，释放内存空间，由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以于用户线程同时并发的。

CMS收集器的垃圾收集算法采用的是标记清除算法，这意味着每次执行完内存回收后，由于被执行内存回收的无用对象所占用的内存空间极有可能是不连续的一些内存块，不可避免的会产生一些内存碎片。那么CMS在位新对象分配内存空间时，将无法使用指针碰撞计数，而只能够选择空闲链表执行内存分配。

CMS的优点

• 并发收集
• 低延迟

CMS的弊端

• 会产生内存碎片，导致并发清除后，用户线程可用的空间不足。在无法分配大对象的情况下，不得不提前触发Full GC
• CMS收集器对CPU资源非常敏感，在并发阶段，他虽然不会导致用户停顿，但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，总吞吐量会变低。
• CMS收集器无法处理浮动垃圾。

小结

HotSpot有这么多垃圾回收器，哪个Serial GC Parallel GC、Concurrent Mark Sweep这三个GC有什么不同

• SerialGC可以最小化的使用内存和并行开销。
• Parallel GC可以最大化应用程序的吞吐量。
• CMS GC可以最小化中断或停顿时间。