JVM - 垃圾收集器

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垃圾收集器

串行垃圾收集器

并行垃圾收集器

什么是 吞吐量优先 什么是 响应时间优先 ？

CMS（并发）垃圾收集器

G1 垃圾收集器

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垃圾收集器

垃圾收集器大概可以分为：

• 串行垃圾收集器
• 并行垃圾收集器
• CMS（并发）垃圾收集器
• G1垃圾收集器

串行垃圾收集器

Serial 和 Serial Old 是 串行垃圾收集器 

使用单线程回收，因此就适用于堆内存较小，CPU数量少的（因为多了也没用）个人电脑

开启串行垃圾收集器的VM参数是：-XX:+UseSerialGC = Serial + SerialOld

Serial 垃圾收集器工作在新生代，采用 标记-复制 算法

SerialOld 垃圾收集器工作在老年代，采用 标记-整理 算法

工作流程如下：

从上图我们看到，在串行垃圾收集器的回收过程中，进程中的其他应用线程需要暂停，也叫 Stop The World（简称 STW） 

 为什么需要STW？

        因为在垃圾回收的工程中，有些对象的地址是会发生改变的，如果垃圾回收的过程中用户线程还在工作，那用户线程就有可能找不到对象， 从而产生错误，因此在垃圾回收器进行回收的过程中，其他用户线程都要阻塞 

并行垃圾收集器

并行垃圾收集器即  Parallel New 和 Parallel Old

并行垃圾收集器是 吞吐量优先 的垃圾收集器

什么是 吞吐量优先 什么是 响应时间优先 ？

吞吐量优先

使用多线程回收，适用于堆内存较大，CPU较多的场景（如果是CPU个数较少，比如单核CPU，会导致回收线程之间相互争抢CPU的时间片，导致线程上下文切换的时间浪费，效率反而会比串行的垃圾回收器低），适合工作在服务器上

吞吐量优先的目标是：在单位时间内，让Stop The  World（以下简称STW）的时间最短

响应时间优先

同样也是多线程回收，同样适用于堆内存较大，CPU较多的场景，同样适合工作在服务器上

响应时间优先的目标是：让单次的STW的时间最短

一个例子区分 吞吐量优先 和 响应时间优先：

在一个单位时间内，吞吐量优先追求 0.5 + 0.5 = 1，吞吐量不在乎 0.5 很大，只在乎 1 最小，而响应时间优先追求 0.3 + 0.3 + 0.3 +0.3 +0.3 =1.5 ，响应时间优先不在乎1.5很大，只在乎 0.3 最小

开启并行的垃圾收集器的参数是：-XX:+UseParallelGC ~ -XX:+UseParallelOldGC

ParallelGC 垃圾收集器工作在新生代中，采用 标记-复制 算法

ParallelOldGC 垃圾收集器工作在老年代中，采用 标记-整理 算法

在 jdk 1.8 中默认使用的就是 ParallelGC，而这两个开关是一同开启的，也就是开启 ParallelGC会连同开启ParallelOldGC

Parallel 就是并行的意思，说明这些垃圾回收线程是并行执行的

工作流程如下：

通过参数 -XX:ParallelGCThreads=n  可以设置垃圾回收线程的数量

除此之外还有三个比较重要的参数：

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy ：采用自适应的大小调整策略，会动态的调整 Eden 和 Survivor 的比例，还会调整堆的大小、老年代的晋升阈值等

-XX:GCTimeRatio=ratio ： 用于调整垃圾回收的时间在总工作时间中的占比，计算公式为 1/(1+ratio)，如果达不到设置的时间占比，ParallelGC就会尝试调大堆的大小，因为堆的容量较大，GC的次数就会比较少，ratio的值默认为99，但是 1/100 的占比时间很难达到，因此我们正常将 ratio 设置为19

-XX:MaxGCPauseMillis=ms : 单次垃圾回收的最大时间，默认值200ms，于 -XX:GCTimeRatio 参数存在冲突，因为 -XX:GCTimeRatio 可能为了达到目标，而调大堆的大小，而且堆越大，单次垃圾回收的时间就越长

CMS（并发）垃圾收集器

CMS全称 Concurrent Mark Sweep，是一款并发的、使用 标记-清除 算法的垃圾回收器

该回收器是针对老年代垃圾回收的，是一款 响应时间优先 的收集器，停顿时间短，用户体验就好

其最大特点是在进行垃圾回收时，应用仍然能正常运行 

开启 CMS垃圾收集器 的参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC ~ -XX:+UseParNewGC ~ SerialOld

ConcMarkSweepGC 可能会存在并发失败的问题，如果出现并发失败，那 ConcMarkSweepGC 就会退化成 SerialOldGC 

工作流程如下：

 从上面我们可以看到，只有 初始标记 和 重新标记 阶段需要STW，而这两阶段的时间又非常短，因此能达到更好的响应时间

在初始标记阶段，只会标记出跟GC Roots直接相连的对象，在并发标记时，再去标记完整个引用链，因为并发标记的过程中，应用线程仍在运行，所以可能产生出新的垃圾对象，因此需要最后STW去重新标记一遍，标记出新产生的垃圾对象

G1 垃圾收集器

G1（Garbage First）是 JDK 9 之后默认的垃圾收集器，同时注重吞吐量和低延迟

适用于超大的堆内存，其工作原理是将堆划分为多个大小相等的 Region ，此时就没有了新生代和老年代的比例一说，因为每个 Region 都可以单独作为 Eden、Survivor、老年代

G1采用 标记 - 复制 算法

如果在 JDK 1.8 中使用G1，需要设置VM参数：-XX:+UseG1GC

工作流程如下：

初始状态下，会将几块 Region 划分为 Eden ，G1垃圾收集器中新生代的占比只有 5% - 6% ，当Eden中的对象过多时，就会进行垃圾回收

垃圾回收采用 标记 - 复制 算法，将 Eden 中幸存的对象复制到 Survivor，并清空Eden，该过程需要STW，但因为幸存的对象是比较少的，所以STW的时间很短

 接下来，又产生多个新对象

再次进行新生代的垃圾回收，Eden中和上一个Survivor中幸存的对象会被复制到新的Survivor中，但上一个Survivor中幸存的对象如果年龄超过晋升阈值，会直接进入老年代中

 最后变成

当老年代占用的内存超过一定阈值（默认45%）后，需进行老年代的垃圾回收，该过程会先进行并发标记，标记出老年代中存活的对象，并发标记过程无需暂停应用线程，并发标记结束后需再进行重新标记（和CMS原理相同，需标记处并发标记过程中新产生的垃圾对象），这个过程需暂停应用线程，但是时间很短

之后进入混合收集阶段，此时不会对所有老年代区域进行回收，而是根据暂停时间目标优先回收价值高（存活对象少）的区域（这也是 Gabage First 名称的由来），比如下图中标红的老年代 

 混合收集 就是连同 Eden 、Survivor 、老年代 进行一次垃圾回收，Eden 、Survivor 的回收过程和上面相同，老年代的回收是新开一个老年代，将三个标红的老年代，还有Survivor中年龄到达阈值的存活对象复制到新的老年代中

 最后变成如下结果