JVM虚拟机垃圾收集器
一、概述
前面讲解了JVM的垃圾收集算法，JVM内存分为新生代和老年代，新生代对象存活周期短，GC非常频繁，一般被称为Minor GC；而老年代对象存活的时间比较长，一般被称为Major GC；Major GC速度一般比Minor GC速度慢10倍以上。
垃圾收集器组合
新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge；
老年代收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS；
整堆收集器：G1；
并行与并发概念
并行：指多个垃圾收集器同时工作，但是此时用户线程仍在处于等待的状态。
并发：指垃圾收集线程和用户的线程同时执行。
二、垃圾收集器介绍
Stop The World概念：JVM在后台自动发起和自动完成的，在用户不可见的情况下，当进行垃圾回收的时候，把用户正常的工作线程全部停掉，即GC停顿；
（1）Serial收集器
单线程收集器。
特点：复制算法、单线程、新生代
优点：简单高效， 对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器没有线程交互（切换）开销，可以获得最高的单线程收集效率；
缺点：进行垃圾收集时必须暂停所有工作线程会“Stop The World”
应用场景:HotSpot在Client模式下默认的新生代收集器,在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大（几十M至一两百M），可以在较短时间内完成垃圾收集（几十MS至一百多MS）,只要不频繁发生，这是可以接受的.
Serial/Serial Old组合收集器运行示意图如下：
（2）ParNew收集器
ParNew收集器是Serial收集器的多线程版本。
特点：复制算法、多线程（并行收集）、新生代
缺点：进行垃圾收集时必须暂停所有工作线程会“Stop The World”
应用场景： 在Server模式下，ParNew收集器是一个非常重要的收集器，因为除Serial外，目前只有它能与CMS收集器配合工作；但在单个CPU环境中，不会比Serail收集器有更好的效果，因为存在线程交互开销。
只有ParNew能与CMS收集器配合：因为Parallel Scavenge（以及G1）都没有使用传统的GC收集器代码框架，而另外独立实现；而其余几种收集器则共用了部分的框架代码；
（3）Parallel Scavenge收集器
吞吐量（Throughput）是垃圾收集时用户线程的停顿时间。
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）
Parallel Scavenge垃圾收集器因为与吞吐量关系密切，也称为吞吐量收集器（Throughput Collector）。
特点：复制算法、多线程收集（并行），新生代
优点：可以控制吞吐量
缺点：会Stop The World
应用场景：高吞吐量为目标，即减少垃圾收集时间，让用户代码获得更长的运行时间；当应用程序运行在具有多个CPU上，对暂停时间没有特别高的要求时，即程序主要在后台进行计算，而不需要与用户进行太多交互；
（4）Serial Old收集器
Serial收集器的老年代版本；
特点：标记-整理算法、单线程、老年代
优点：效率高
缺点：会Stop The World
应用场景：主要用于Client模式；
而在Server模式有两大用途：
（A）、在JDK1.5及之前，与Parallel Scavenge收集器搭配使用（JDK1.6有Parallel Old收集器可搭配）；
（B）、作为CMS收集器的后备预案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure时使用（后面详解）；
Serial/Serial Old收集器运行示意图如下：
（5）Parallel Old收集器
Parallel Scavenge收集器的老年代版本
特点：标记-整理、多线程收集（并行）、老年代
应用场景：JDK1.6及之后用来代替老年代的Serial Old收集器，特别是在Server模式，多CPU的情况下，这样在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场景，就有了Parallel Scavenge加Parallel Old收集器的"给力"应用组合。
Parallel Scavenge/Parallel Old收集器运行示意图如下：
（6）CMS收集器
是一种获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
整个过程分为四步：初始标记、并发标记、重新标记、并发清除。
初始标记、重新标记两个步骤仍然需要“Stop The World”
优点：并发收集、低停顿、以获取最短回收停顿时间为目标
缺点：
- 对CPU资源非常敏感， 并发收集虽然不会暂停用户线程，但因为占用一部分CPU资源，还是会导致应用程序变慢，总吞吐量降低
- 无法处理浮动垃圾,可能出现"Concurrent Mode Failure"失败
- 产生内存碎片
（7）G1收集器
常规的垃圾收集器（串行，并行，CMS）都将堆结构分为三个部分：年轻代，老年代和固定大小的永久代。
G1将堆被分成一组大小相等的区域，每个是连续范围的虚拟内存。某些Regions被分配给和常规收集器一样的角色（eden区，survivor区，老年代)，但他们没有固定的大小。这提供了更大的内存使用灵活性。
在执行垃圾收集时，G1以类似于CMS收集器的方式运行。G1执行并发的全局标记阶段来确定整个堆中对象的活动性。标记阶段完成后，G1知道哪些区域大部分是空的。它首先收集这些区域，这通常产生大量的可用空间。这就是为什么这种方式叫做垃圾收集优先。顾名思义，G1将其收集和压缩活动集中在可能充满可回收对象的堆区域，也就是垃圾。G1使用暂停预测模型来满足用户定义的目标暂停时间，并根据指定的目标暂停时间选择要收集的区域数量。
被G1标识成熟的区域是通过转移的方式收集。G1将对象从堆的一个或多个区域复制到堆上的单个区域，并且在此过程中，同时压缩和释放内存。这种转移方法在并行运行在多处理器上，以减少暂停时间并提高吞吐量。因而，对于每一次垃圾收集，G1都不断地减少碎片，并且在用户定义的暂停时间内工作。这种方式超出了以前的两种方法（指CMS和ParallelOld）的能力。CMS垃圾收集器不执行内存压缩，ParallelOld垃圾收集器执行全堆压缩，这将导致很大的暂停时间。
一个值得注意的点，G1不是一个实时垃圾收集器。它尽可能的符合设定的目标暂停时间，但是不能绝对实现。根据以前收集的垃圾时间，G1估计可以在用户指定的目标时间内收集多少个区域。因此，收集器具有收集区域的成本的相当准确的模型，并且使用该模型来确定目标暂停时间内收集哪些区域和多少区域。
注意：G1同时有并发（与应用程序线程一起运行，例如细化，标记，清理）和并行（多线程，例如STW）的阶段。FullGC仍然是单线程的，但是如果您的应用程序正确调优，应避免使用Full GC。
特点：
并发与并行：能充分利用多CPU、多核环境下的硬件优势、可以并行来缩短"Stop The World"停顿时间、 也可以并发让垃圾收集与用户程序同时进行；
分代收集，收集范围包括新生代和老年代 ：能独立管理整个GC堆（新生代和老年代），而不需要与其他收集器搭配，能够采用不同方式处理不同时期的对象；
结合多种垃圾收集算法，空间整合，不产生碎片：局部看是复制算法，总体看是标记-整理算法。
可预测的停顿：低停顿的同时实现高吞吐量：G1除了追求低停顿处，还能建立可预测的停顿时间模型、 可以明确指定M毫秒时间片内，垃圾收集消耗的时间不超过N毫秒；
应用场景： 面向服务端应用，针对具有大内存、多处理器的机器，最主要的应用是为需要低GC延迟，并具有大堆的应用程序提供解决方案； 如：在堆大小约6GB或更大时，可预测的暂停时间可以低于0.5秒；
参考资料：
深入理解Java虚拟机——JVM高级特性与最佳实践(第2版).