Java 常见的垃圾回收器

Java 常见的垃圾回收器

垃圾回收器 （GC, Garbage Collector）是和具体的 JVM 实现紧密相关。

Java 虚拟机针对新生代和年老代分别提供了多种不同的垃圾收集器。

垃圾收集器

Serial GC

Serial GC ,是新生代的垃圾回收器， Serial 体现在其收集工作是单线程的，并且在垃圾收集过程中，其他线程阻塞，进入 Stop Thre World 状态。新生代使用的 Serial 垃圾回收器，是基于复制算法的。

-XX:+UseSerialGC

Paralel Scavenge

Parallel Scavenge 收集器，是一个新生代的垃圾回收器，采用的是复制算法。关注的是程序到达一个可控制的吞吐量（Thoughput ,CPU 用于运行用户代码的时间/CPU总消耗时间）。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). 高吞吐量可以最高效率的利用 CPU 时间。尽快完成程序的运算任务。值得关注的是 Parallel Scavenge 收集器有个自适应调节参数。

这个参数就是：-XX:UseAdaptiveSizePolic。这是一个开关参数，当这个开关打开之后，就不需要手动指定新生代的大小（-Xmn）、Eden与Survivor区的比列（-XX:SurvivorRatio）、晋升老年代对象大小（-XX:PertenureSizeThreshold）等参数细节了，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，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。

-XX:+UseParallelGC

可以直接设置暂停时间或者吞吐量等目标， JVM 会自动进行适应性调整。

-XX:MaxGCPauseMillis=value
-XX:GCTimeRatio=N // GC时间和用户时间比例 = 1 / (N+1)

ParNew

ParNew 垃圾回收器是 Serial 收集器的多线程版本。采用的也是复制算法。包括 Serial 收集器可用的所有控制参数。也就是说可并行的进行垃圾回收。

可通过-XX:ParallelGCThreads 参数来限制垃圾收集器的线程数。

ParNew

 -XX:+UseParNewGC

Serial Old

Serial Old 是 Serial 垃圾收集器的老年代版本，同样是个单线程的收集器，是基于标记-整理算法。

Serial Old

Parallel Old

Parallel Old 是 Parallel Scavenge 的老年代版本，使用的是多线程-标记整理算法。JDK1.6 才开始使用。ParallelScavenge 是可以保证新生代的吞吐量优先，但是不能保证整体吞吐量。Parallel Old 是为了在老年代同样提供吞吐量优先的垃圾回收器。

ParallelOld

CMS

CMS 是基于标记清除算法，设计的目的是减少停顿时间。基于标记清除算法，会存在内存碎片化的问题。

-XX:+UseConcMarkSweepGC

CMS 处理流程

1. 初始标记(CMS-initial-mark) ,会导致stw;
2. 并发标记(CMS-concurrent-mark)，与用户线程同时运行；
3. 重新标记(CMS-remark) ，会导致swt；
4. 并发清除(CMS-concurrent-sweep)，与用户线程同时运行；
5. 并发重置状态等待下次CMS的触发(CMS-concurrent-reset)，与用户线程同时运行；

CMS处理流程

G1

G1 本质上是一个分带垃圾回收器。 Garbage First 垃圾回收器相对 CMS 垃圾回收器，有两个改进：

1. 基于标记-整理 算法，不产生内存碎片。
2. 可以准确的控制停顿时间，在不牺牲吞吐的情况下实现低停顿的垃圾回收。

G1 为了避免全区域垃圾收集，把堆内存划分为大小固定的几个独立区域，并跟踪这些区域的回收进度。同时在后台维护一个优先列表，每次根据收集时间的，优先回收垃圾最多的区域。

G1 引入了额外的概念，Region。G1垃圾回收器把堆划分成一个个大小相同的Region。在HotSpot的实现中，整个堆被划分成2048左右个Region。每个Region的大小在1-32MB之间，具体多大取决于堆的大小。

G1垃圾回收器的分代也是建立在这些Region的基础上的。对于Region来说，它会有一个分代的类型，并且是唯一一个。即，每一个Region，它要么是young的，要么是old的。还有一类十分特殊的Humongous。所谓的Humongous，就是一个对象的大小超过了某一个阈值——HotSpot中是Region的1/2，那么它会被标记为Humongous。如果我们审视HotSpot的其余的垃圾回收器，可以发现这种对象以前被称为大对象，会被直接分配老年代。而在G1回收器中，则是做了特殊的处理。

G1并不要求相同类型的region要相邻。换言之，就是G1回收器不要求它们连续。当然在逻辑上，分代依旧是连续的。因此，一种典型的分配可能是：

image

其中E代表的是Eden，S代表的是Survivor，H代表的是Humongous，剩余的深蓝色代表的是Old（或者Tenured），灰色的代表的是空闲的region。每一个分配的Region，都可以分成两个部分，已分配的和未被分配的。它们之间的界限被称为top。总体上来说，把一个对象分配到Region内，只需要简单增加top的值。这个做法实际上就是bump-the-pointer。过程如下：

image

Region可以说是G1回收器一次回收的最小单元。即每一次回收都是回收N个Region。这个N是多少，主要受到G1回收的效率和用户设置的软实时目标有关。每一次的回收，G1会选择可能回收最多垃圾的Region进行回收。与此同时，G1回收器会维护一个空间Region的链表。每次回收之后的Region都会被加入到这个链表中。每一次都只有一个Region处于被分配的状态中，被称为current region。在多线程的情况下，这会带来并发的问题。G1回收器采用和CMS一样的TLABs的手段。即为每一个线程分配一个Buffer，线程分配内存就在这个Buffer内分配。但是当线程耗尽了自己的Buffer之后，需要申请新的Buffer。这个时候依然会带来并发的问题。G1回收器采用的是CAS（Compate And Swap）操作。