HotSpot虚拟机提供了多种垃圾收集器,每种收集器都有各自的特点,没有最好的垃圾收集器,只有最适合的垃圾收集器.我们可以根据自己实际的应用需求选择最适合的垃圾收集器.

根据新生代和老年代各自的特点,我们应该分别为它们选择不同的收集器,以提升垃圾回收效率.
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1 Serial垃圾收集器

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单线程

只会使用一个CPU或一条GC线程进行垃圾回收,并且在垃圾回收过程中暂停其他所有的工作线程,从而用户的请求或图形化界面会出现卡顿.

适合Client模式

一般客户端应用所需内存较小,不会创建太多的对象,而且堆内存不大,因此垃圾回收时间比较短,即使在这段时间停止一切用户线程,也不会感到明显停顿.

简单高效

由于Serial收集器只有一条GC线程,避免了线程切换的开销.

采用”复制”算法

2 ParNew垃圾收集器

ParNew是Serial的多线程版本.
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2.1 多线程并行执行

ParNew由多条GC线程并行地进行垃圾清理.但清理过程仍然需要暂停一切其他用户线程.但由于有多条GC线程同时清理,清理速度比Serial有一定的提升.

2.2 适合多CPU的服务器环境

由于使用了多线程,因此适合CPU较多的服务器环境.

  • 与Serial性能对比
    ParNew和Serial唯一区别就是使用了多线程进行垃圾回收,在多CPU的环境下性能比Serial会有一定程度的提升;但线程切换需要额外的开销,因此在单CPU环境中表现不如Serial,双CPU环境也不一定就比Serial高效.默认开启的收集线程数与CPU数量相同.

2.3 采用”复制”算法

2.4 追求”降低停顿时间”

和Serial相比,ParNew使用多线程的目的就是缩短垃圾收集时间,从而减少用户线程被停顿的时间.

3 Parallel Scavenge垃圾收集器

Parallel Scavenge和ParNew一样都是并行的多线程、新生代收集器,都使用”复制”算法进行垃圾回收.但它们有个巨大不同点:

  • ParNew收集器追求降低GC时用户线程的停顿时间,适合交互式应用,良好的反应速度提升用户体验.
  • Parallel Scavenge追求CPU吞吐量,能够在较短的时间内完成指定任务,因此适合不需要太多交互的后台运算.

吞吐量是指用户线程运行时间占CPU总时间的比例.
CPU总时间包括 : 用户线程运行时间 和 GC线程运行的时间.
因此,吞吐量越高表示用户线程运行时间越长,从而用户线程能够被快速处理完.

  • 降低停顿时间的两种方式
    1.在多CPU环境中使用多条GC线程,从而垃圾回收的时间减少,从而用户线程停顿的时间也减少;
    2.实现GC线程与用户线程并发执行。所谓并发，就是用户线程与GC线程交替执行，从而每次停顿的时间会减少，用户感受到的停顿感降低，但线程之间不断切换意味着需要额外的开销，从而垃圾回收和用户线程的总时间将会延长。

  • Parallel Scavenge提供的参数

    • -XX:GCTimeRadio
      直接设置吞吐量大小,GC时间占总时间比率.相当于是吞吐量的倒数.

    • -XX:MaxGCPauseMillis
      设置最大GC停顿时间.
      Parallel Scavenge会根据这个值的大小确定新生代的大小.如果这个值越小,新生代就会越小,从而收集器就能以较短的时间进行一次回收;但新生代变小后,回收的频率就会提高,吞吐量也降下来了,因此要合理控制这个值.

    • -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
      通过命令就能开启GC 自适应的调节策略(区别于ParNew).我们只要设置最大堆(-Xmx)和MaxGCPauseMillis或GCTimeRadio,收集器会自动调整新生代的大小、Eden和Survior的比例、对象进入老年代的年龄,以最大程度上接近我们设置的MaxGCPauseMillis或GCTimeRadio.

老年代垃圾收集器

1 Serial Old垃圾收集器

Serial Old收集器是Serial的老年代版本,它们都是单线程收集器,也就是垃圾收集时只启动一条GC线程,因此都适合客户端应用.

它们唯一的区别就是Serial Old工作在老年代,使用”标记-整理”算法;而Serial工作在新生代,使用”复制”算法.
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2 Parallel Old垃圾收集器

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge的老年代版本,一般它们搭配使用,追求CPU吞吐量.
它们在垃圾收集时都是由多条GC线程并行执行,并暂停一切用户线程,使用”标记-整理”算法.因此,由于在GC过程中没有使垃圾收集和用户线程并行执行,因此它们是追求吞吐量的垃圾收集器.
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3 CMS垃圾收集器(Concurrent Mark Sweep)

一种追求最短停顿时间的收集器,它在垃圾收集时使得用户线程和GC线程并发执行,因此在GC过程中用户也不会感受到明显卡顿.但用户线程和GC线程之间不停地切换会有额外的开销,因此垃圾回收总时间就会被延长.

垃圾回收过程
前两步需要”Stop The World”

  • 初始标记
    停止一切用户线程,仅使用一条初始标记线程对所有与GC Roots直接相关联的对象进行标记,速度很快.
  • 并发标记
    使用多条并发标记线程并行执行,并与用户线程并发执行.此过程进行可达性分析,标记出所有废弃的对象,速度很慢.
  • 重新标记
    停止一切用户线程,并使用多条重新标记线程并行执行,将刚才并发标记过程中新出现的废弃对象标记出来.这个过程的运行时间介于初始标记和并发标记之间.
  • 并发清除
    只使用一条并发清除线程,和用户线程们并发执行,清除刚才标记的对象.这个过程非常耗时.
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CMS的缺点

  • 吞吐量低
    由于CMS在垃圾收集过程使用用户线程和GC线程并行执行,从而线程切换会有额外开销,因此CPU吞吐量就不如在GC过程中停止一切用户线程的方式来的高.
  • 无法处理浮动垃圾,导致频繁Full GC
    由于垃圾清除过程中,用户线程和GC线程并发执行,也就是用户线程仍在执行,那么在执行过程中会产生垃圾,这些垃圾称为”浮动垃圾”.
    如果CMS在垃圾清理过程中,用户线程需要在老年代中分配内存时发现空间不足,就需再次发起Full GC,而此时CMS正在进行清除工作,因此此时只能由Serial Old临时对老年代进行一次Full GC.

  • 使用”标记-清除”算法产生碎片空间
    由于CMS使用了”标记-清除”算法, 因此清除之后会产生大量的碎片空间,不利于空间利用率.不过CMS提供了应对策略:

    • 开启-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
      开启该参数后,每次FullGC完成后都会进行一次内存压缩整理,将零散在各处的对象整理到一块儿.但每次都整理效率不高,因此提供了以下参数.
    • 设置参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction
      本参数告诉CMS,经过了N次Full GC过后再进行一次内存整理.

G1收集器(Garbage-First)

G1是当今最前沿的垃圾收集器成果之一.

G1的特点

  • 追求停顿时间
  • 多线程GC
  • 面向服务端应用
  • 整体来看基于标记-整理和局部来看基于复制算法合并
    不会产生内存空间碎片.
  • 可对整个堆进行垃圾回收
  • 可预测的停顿时间

G1的内存模型

没有新生代和老年代的概念,而是将Java堆划分为一块块独立的大小相等的Region.当要进行垃圾收集时,首先估计每个Region中的垃圾数量,每次都从垃圾回收价值最大的Region开始回收,因此可以获得最大的回收效率.

Remembered Set

一个对象和它内部所引用的对象可能不在同一个Region中,那么当垃圾回收时,是否需要扫描整个堆内存才能完整地进行一次可达性分析?
当然不是,每个Region都有一个Remembered Set,用于记录本区域中所有对象引用的对象所在的区域,从而在进行可达性分析时,只要在GC Roots中再加上Remembered Set即可防止对所有堆内存的遍历.

G1垃圾收集过程

  • 初始标记
    标记与GC Roots直接关联的对象,停止所有用户线程,只启动一条初始标记线程,这个过程很快.
  • 并发标记
    进行全面的可达性分析,开启一条并发标记线程与用户线程并行执行.这个过程比较长.
  • 最终标记
    标记出并发标记过程中用户线程新产生的垃圾.停止所有用户线程,并使用多条最终标记线程并行执行.
  • 筛选回收
    回收废弃的对象.此时也需要停止一切用户线程,并使用多条筛选回收线程并行执行.
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