面试官问我JVM的GC分代收集算法为什么这么设计

最近阿粉的小学妹，给阿粉留言，说面试官不按套路出牌，问JVM的相关知识的时候，不问有什么GC算法，而是问我为什么这么设计，让学妹很懵圈，阿粉就差给小学妹的脑壳敲破了，面试官这么问，只是考验你，知其然，知其所以然么？今天阿粉就来简单的说说这个。

JVM 的垃圾回收机制

我们先来说说这个回收机制的算法都有哪些，如图所示。

目前面试比较常问的垃圾回收算法就是这几种，我们分开来说，最后说说分代收集为什么选择不同的算法来实现。

标记清除算法 Mark-Sweep

我们都知道，标记清除算法，是垃圾回收算法当中算是最基础的算法了，因为标记算法就只有两个阶段，

阶段一 标记

阶段二 清除

标记的是什么内容呢？

标记的都是所有的需要被回收的对象，当执行到清除阶段的时候，就会直接把这些标记的对象给完整的清除掉。

如果是这样的话，那么就会出现了一个问题，大家看，如果灰色的是我们的内存空间，然后我们把需要把被回收的对象清除的话，我们不能保证这个被回收的对象，一定会是连续排在一起的，就比如所有需要被回收的对象，都排在最上面的内存空间中，这个是不太可能的，所以，执行完清除之后，这些未使用的内存空间，就成了一个不连续的内存空间。

标记清除算法，最大的弊端出现了，碎片化就非常的严重，如果有大对象想要存入，而内存中出现没有连续空间的话，那他就没有可用空间保存了。

为了解决碎片化严重的这种情况，就有了下面的这种垃圾回收算法。

复制算法（copying）

为了解决这个内存碎片化严重的问题，按内存容量将内存划分为等大小的两块。每次只使用其中一块，当这一块内存满后将尚存活的对象复制到另一块上去，把已使用的内存清掉。

实际上，这种方式大家看起来，有没有什么问题呢？解决了碎片化严重的情况，但是他把内存空间，直接划分成了相等的两块，如果我们目前需要被回收的对象比较少，存活的对象比较多的话，那么这种复制算法的效率，真的是有点低了。

那么有没有一个折中的呢？

这就出现了另外一个算法，

标记整理算法(Mark-Compact)

这种算法比较特殊了，标记阶段和 Mark-Sweep 算法相同，但是整理的时候，就不一样了，标记后不是清理对象，而是将存活对象移向内存的一端。然后清除端边界外的对象。也就是，有可能是存活对象被移到左边，然后右边是需要被清理的对象，

这样既能保证了内存空间是连续的，而且还能让效率提升。

那么我们可以回归这个标题了，GC分代收集，为什么这么设计。

分代

这个就挺好理解的，毕竟都知道一个共同的知识点，那就是 GC堆内存分为了老年代和新生代。

如果要选择算法，那么一定得从他们的本质去入手。

老年代：存活数量多，需要被处理的对象少

新生代：存活数量少，需要被处理的对象多

这种从本质的区别就划分出来了，一个存活对象多，一个存活对象少，一个需要被清理的对象多，一个需要被清理的对象少。

复制算法因为每次复制的都是存活的对象，而新生代的存活对象都是比较少的，所以这个时候就可以采用复制算法来实现。

也就是说，新生代中划分出来的大Eden 区 和两个 Survivor区，每次使用的时候都是 Eden 区和其中的一块 Survivor 区，当进行回收时，将该两块空间中还存活的对象复制到另一块 Survivor 区中。

所以因为新生代的这种特性，所以使用复制算法。

而老年代因为每次只回收少量对象，因而采用 Mark-Compact 算法。

这就是为什么面试的时候，面试官会问你为什么GC分代收集时选择不同算法的原因。

JVM的垃圾收集器

一般面试很多都是执着于去问垃圾回收机制和算法，很少有涉及到JVM的垃圾收集器的，阿粉今天稍微科普一下这个小知识。

Serial 收集器（新生代）

最早的收集器

采用复制算法，暂停所有用户线程，

特点是简单高效并且是单线程，但是容易导致全局停顿，就是我们经常所说的 STW（全局暂停）。

STW：

全局停顿，Java 代码停止运行，native 代码继续运行，但不能与 JVM 进行交互

ParNew收集器（新生代）

实际上属于 Serial 收集器 的升级版，从单线程变成了多线程，算法一样，也是暂停所有用户线程。

主要用来搭配 CMS 收集器一起使用。

Parallel Scavenge收集器（新生代）

吞吐量收集器，这个收集器关注的是吞吐量

在 JVM 中有参数可以配置

• -XX:MaxGCPauseMillis:控制最大的垃圾收集停顿时间
• -XX:GCTimeRatio:设置吞吐量的大小，取值 0-100， 系统花费不超过 1/(1+n) 的时间用于垃圾收集

Serial Old 收集器（老年代）

老年代的收集器，采用标记-整理算法

CMS 收集器（老年代）

算法采用标记-清除算法实现，

一般这个面试问的可能比较多，因为它属于并发的收集器，因为它并不会像前面说的那些收集器一样，会直接导致所有用户线程停止，直到清除结束，而是在标记过程中会有短暂的停止。

而是先进行初始标记，然后进行并发标记，修正并发标记用以进行重新标记，最后进行并发清除。

G1 收集器

G1（Garbage-First）收集器将堆内存分割成不同的区域，然后并发的对其进行垃圾回收。G1收集器的设计目标是取代CMS收集器，它同CMS相比，不会产生大量内存碎片，并可以添加预测机制，用户可以指定期望停顿时间(可通过配置-XX:MaxGCPauseMills=n最大停顿时间)

收集演示图：

说这些，最重要的却是，如何选择合适的垃圾收集器

组合选择：

• 单CPU或小内存，单机程序 -XX:+UseSerialGC
• 多CPU，需要最大吞吐量，如后台计算型应用 -XX:+UseParallelGC或者 -XX:+UseParallelOldGC
• 多CPU，追求低停顿时间，需快速响应如互联网应用 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+ParNewGC

以上就是阿粉给大家带来的关于面试中的JVM 的一些小小的知识点了，有兴趣的可以继续深入了解关于 JVM 的知识，这样大家就能保证在面试的时候被面试官换个问法就不会的情况了。