JVM 垃圾收集器

重点：CMS，G1，ZGC

主要垃圾收集器如下，图中标出了它们的工作区域、垃圾收集算法，以及配合关系。

• Serial 收集器

Serial 收集器是最基础、历史最悠久的收集器。

如同它的名字（串行），它是一个单线程工作的收集器，使用一个处理器或一条收集线程去完成垃圾收集工作。并且进行垃圾收集时，必须暂停其他所有工作线程，直到垃圾收集结束——这就是所谓的“Stop The World”。

Serial/Serial Old 收集器的运行过程如图：

• ParNew

ParNew 收集器实质上是 Serial 收集器的多线程并行版本，使用多条线程进行垃圾收集。

ParNew/Serial Old 收集器运行示意图如下：

除了Serial收集器外，目前只有它能与CMS收集器配合工作。

CMS作为老年代的收集器，却无法与JDK 1.4.0中已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge配合工作[1]，所以在JDK 5中使用CMS来收集老年代的时候，新生代只能选择ParNew或者Serial收集器中的一个。ParNew收集器是激活CMS后（使用-XX：+UseConcMarkSweepGC选项）的默认新生代收集器，

• Parallel Scavenge

Parallel Scavenge 收集器是一款新生代收集器，基于标记-复制算法实现，也能够并行收集。和 ParNew 有些类似，但 Parallel Scavenge 主要关注的是垃圾收集的吞吐量——所谓吞吐量，就是 CPU 用于运行用户代码的时间和总消耗时间的比值，比值越大，说明垃圾收集的占比越小。

吞吐量

• Serial Old

Serial Old 是 Serial 收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用标记-整理算法。

• Parallel Old

Parallel Old 是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本，支持多线程并发收集，基于标记-整理算法实现。

• CMS 收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，同样是老年代的收集器，采用标记-清除算法。

CMS 收集齐的垃圾收集分为四步：

• 初始标记（CMS initial mark）：单线程运行，需要 Stop The World，标记 GC Roots 能直达的对象。
• 并发标记（（CMS concurrent mark）：无停顿，和用户线程同时运行，从 GC Roots 直达对象开始遍历整个对象图。
• 重新标记（CMS remark）：多线程运行，需要 Stop The World，标记并发标记阶段产生对象。
• 并发清除（CMS concurrent sweep）：无停顿，和用户线程同时运行，清理掉标记阶段标记的死亡的对象。

Concurrent Mark Sweep 收集器运行示意图如下：

三个明显的缺点：

• CMS收集器对处理器资源非常敏感。在并发阶段，它虽然不会导致用户线程停顿，但会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，降低吞吐量，尤其是处理器核心数量少的时候。
• 由于CMS收集器无法处理“浮动垃圾”（Floating Garbage），有可能出现“Con-current Mode Failure”失败进而导致另一次完全“Stop The World”的Full GC的产生。CMS收集器在老年代使用了92%的空间后会被激活，但是要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序分配新对象的需要，就会出现一次“并发失败”，这个时候虚拟机只好冻结用户线程的执行，临时启用Serial Old收集器来重新进行老年代的垃圾收集。
• CMS是一款基于“标记-清除”算法实现的收集器，这意味着收集结束时会有大量空间碎片产生。
  • 若分配对象时找不到连续的空间，就会触发一次Full GC，为了解决这个问题，CMS提供了一个个-XX：+UseCMS-CompactAtFullCollection开关参数（默认是开启的，此参数从JDK 9开始废弃），用于在CMS收集器不得不进行Full GC时开启内存碎片的合并整理过程，由于这个内存整理必须移动存活对象，（在Shenandoah和ZGC出现前）是无法并发的。这样空间碎片问题是解决了，但停顿时间又会变长，因此虚拟机设计者们还提供了另外一个参数-XX：CMSFullGCsBeforeCompaction（此参数从JDK 9开始废弃），这个参数的作用是要求CMS收集器在执行过若干次（数量由参数值决定）不整理空间的Full GC之后，下一次进入Full GC前会先进行碎片整理（默认值为0，表示每次进入Full GC时都进行碎片整理）。

• Garbage First 收集器

Garbage First（简称 G1）收集器是垃圾收集器的一个颠覆性的产物，它开创了局部收集的设计思路和基于 Region 的内存布局形式。

虽然 G1 也仍是遵循分代收集理论设计的，但其堆内存的布局与其他收集器有非常明显的差异。以前的收集器分代是划分新生代、老年代、持久代等。

G1 把连续的 Java 堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），每一个 Region 都可以根据需要，扮演新生代的 Eden 空间、Survivor 空间，或者老年代空间。收集器能够对扮演不同角色的 Region 采用不同的策略去处理。

这样就避免了收集整个堆，而是按照若干个 Region 集进行收集，同时维护一个优先级列表，跟踪各个 Region 回收的“价值，优先收集价值高的 Region。

G1 收集器的运行过程大致可划分为以下四个步骤：

• 初始标记（initial mark），标记了从 GC Root 开始直接关联可达的对象。STW（Stop the World）执行。
• 并发标记（concurrent marking），和用户线程并发执行，从 GC Root 开始对堆中对象进行可达性分析，递归扫描整个堆里的对象图，找出要回收的对象、
• 最终标记（Remark），STW，标记再并发标记过程中产生的垃圾。
• 筛选回收（Live Data Counting And Evacuation），制定回收计划，选择多个 Region 构成回收集，把回收集中 Region 的存活对象复制到空的 Region 中，再清理掉整个旧 Region 的全部空间。需要 STW。