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王軍偉Tech · 更新于 2020-09-16

JVM 垃圾回收器分類

1. 前言

本節(jié)主要講解 7 種垃圾回收器，其中有 3 種垃圾回收器是作用于年輕代垃圾回收的收集器；另外 3 種圾回收器是作用于老年代垃圾回收的收集器；剩余的 1 種垃圾回收器能夠同時作用于年輕代和老年代。

7 種垃圾回收器以及其作用的內(nèi)存區(qū)域如下圖所示：

圖片描述

通篇皆為重點知識，請認真學(xué)習(xí)并理解每種垃圾回收器的特點。

2. Serial收集器

基本概念：Serial收集器是最基本、發(fā)展歷史最久的收集器，這個收集器是采用復(fù)制算法的單線程的收集器。

Tips：從概念上來看，我們需要注意Serial收集器的兩個特點：一個是采用復(fù)制算法，另外一個是單線程收集。

單線程的收集器：單線程一方面意味著他只會使用一個 CPU 或者一條線程去完成垃圾收集工作，另一方面也意味著他進行垃圾收集時必須暫停其他線程的所有工作，直到它收集結(jié)束為止。

不過實際上到目前為止,Serial收集器依然是虛擬機運行在 Client 模式下的默認新生代收集器，因為它簡單而高效。Serial 收集器運行過程如下圖所示：

圖片描述

3. Parnew收集器

基本概念：Parnew 收集器其實就是Serial收集器的多線程版本，除了使用多線程進行垃圾收集外，其余行為和 Serial 收集器完全一樣，但是他卻是 Server 模式下的虛擬機首選的新生代收集器。

Tips：從概念上來看，我們需要注意Parnew收集器的兩個特點：一個是采用復(fù)制算法，另外一個是多線程收集。

特點：

  • 除了 Serial 收集器外，目前只有它能與 CMS 收集器配合工作。CMS 收集器第一次實現(xiàn)了讓垃圾收集器與用戶線程基本上同時工作；
  • Parnew 收集器默認開啟的收集線程數(shù)與 CPU 數(shù)量相同，在 CPU 數(shù)量非常多的情況下，可以使用 -XX:ParallelGCThreads 參數(shù)來限制垃圾收集的線程數(shù)。

Parnew 收集器運行過程如圖所示：

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4. Parallel Scavenge收集器

基本概念：Parallel Scavenge 收集器也是一個新生代收集器，也采用了復(fù)制算法，也是并行的多線程收集器。Parallel Scavenge 收集器的目標是達到一個可控制的吞吐量。Parallel Scavenge 收集器是虛擬機運行在 Server 模式下的默認垃圾收集器。被稱為“吞吐量優(yōu)先收集器”。

Tips：從概念上來看，我們需要注意Parallel Scavenge收集器的三個個特點：一個是采用復(fù)制算法，一個是多線程收集，一個是達到控制吞吐量的目標。

Parallel Scavenge 收集器運行過程同 Parnew 收集器一樣：

圖片描述

控制吞吐量：CMS 等收集器的關(guān)注點是盡可能縮短垃圾收集時用戶線程的停頓時間，而 Parallel Scavenge 收集器的目標則是達到一個可控制的吞吐量。所謂吞吐量就是 CPU 用于運行用戶代碼時間與 CPU 總消耗時間的比值，即吞吐量=運行用戶代碼時間/（運行用戶代碼時間+垃圾收集時間）。

空間吞吐量參數(shù)介紹：虛擬機提供了-XX：MaxGCPauseMills 和 -XX：GCTimeRatio 兩個參數(shù)來精確控制最大垃圾收集停頓時間和吞吐量大小。不過不要以為前者越小越好，GC 停頓時間的縮短是以犧牲吞吐量和新生代空間換取的。由于與吞吐量關(guān)系密切，Parallel Scavenge 收集器也被稱為“吞吐量優(yōu)先收集器”。

Parallel Scavenge 收集器有一個參數(shù) -XX：UseAdaptiveSizePolicy 參數(shù)，這是一個開關(guān)參數(shù)，這個參數(shù)打開之后，就不需要手動指定新生代大小、Eden 區(qū)和 Survivor 參數(shù)等細節(jié)參數(shù)了，虛擬機會根據(jù)當前系統(tǒng)的運行情況以及性能監(jiān)控信息，動態(tài)調(diào)整這些參數(shù)以提供最合適的停頓時間或者最大的吞吐量。

如果對于垃圾收集器運作原理不太了解，以至于在優(yōu)化比較困難的時候，可以使用 Parallel Scavenge收集器配合自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略，把內(nèi)存管理的調(diào)優(yōu)任務(wù)交給虛擬機去完成。

5. Serial Old收集器

基本概念： Serial Old 收集器同樣是一個單線程收集器，作用于老年代，使用“標記-整理算法”，這個收集器的主要意義也是在于給 Client 模式下的虛擬機使用。

Serial Old 收集器運行過程如圖所示：

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6. Parallel Old收集器

基本概念： Parallel Old 收集器是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本，使用多線程和“標記-整理算法”進行垃圾回收。

這個收集器在 JDK 1.6 之后的出現(xiàn)，“吞吐量優(yōu)先收集器”終于有了比較名副其實的應(yīng)用組合，在注重吞吐量以及 CPU 資源敏感的場合，都可以優(yōu)先考慮 Parallel Scavenge收集器+Parallel Old收集器 的組合。

Parallel Scavenge 收集器+Parallel Old 收集器 的組合運行過程如下圖所示：

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7. CMS收集器

基本概念：CMS（Conrrurent Mark Sweep，連續(xù)標記掃描）收集器是以獲取最短回收停頓時間為目標的收集器。使用標記-清除算法。

收集步驟：收集過程分為如下四步：

  • 初始標記：標記 GCRoots 能直接關(guān)聯(lián)到的對象，時間很短；
  • 并發(fā)標記：進行 GCRoots Tracing（可達性分析）過程，時間很長；
  • 重新標記：修正并發(fā)標記期間因用戶程序繼續(xù)運作而導(dǎo)致標記產(chǎn)生變動的那一部分對象的標記記錄，時間較長；
  • 并發(fā)清除：回收內(nèi)存空間，時間很長。其中，并發(fā)標記與并發(fā)清除兩個階段耗時最長，但是可以與用戶線程并發(fā)執(zhí)行。

CMS 收集器運行過程如下圖所示:

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8. G1收集器

基本概念：G1 是目前技術(shù)發(fā)展的最前沿成果之一，HotSpot開發(fā)團隊賦予它的使命是未來可以替換掉 JDK1.5 中發(fā)布的 CMS 收集器。

與其他GC收集器相比，G1收集器具有以下特點：

  • 并發(fā)和并行：使用多個 CPU 來縮短 Stop The World 停頓時間，與用戶線程并發(fā)執(zhí)行；
  • 分代收集：獨立管理整個堆，但是能夠采用不同的方式去處理新創(chuàng)建對象和已經(jīng)存活了一段時間、熬過多次 GC 的舊對象，以獲取更好的收集效果；
  • 空間整合：基于標記-整理算法，無內(nèi)存碎片產(chǎn)生；
  • 可預(yù)測的停頓：能建立可預(yù)測的停頓時間模型，能讓使用者明確指定在一個長度為 M 毫秒的時間片段內(nèi)，消耗在垃圾收集器上的時間不得超過N毫秒。

在G1之前的垃圾收集器，收集的范圍都是整個新生代或者老年代，而 G1 不再是這樣。使用 G1 收集器時，Java 堆的內(nèi)存布局與其他收集器有很大差別，它將整個Java堆劃分為多個大小相等的獨立區(qū)域（Region），雖然還保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔離的了，它們都是一部分（可以不連續(xù)）Region 的集合。

9. 小結(jié)

本節(jié)主要講解了 7 種垃圾收集器：Serial 收集器，Parnew 收集器，Parallel Scavenge 收集器，Serial Old 收集器，Parallel Old 收集器，CMS 收集器和G1 收集器。

其中專門針對年輕代的收集器有 Serial 收集器，Parnew 收集器和 Parallel Scavenge 收集器；專門作用于老年代的收集器有Serial Old 收集器，Parallel Old 收集器和 CMS 收集器；而 G1 收集器即能夠作用于年輕代，也能夠作用于老年代。

學(xué)習(xí)者需要對這 7 種垃圾回收器進行理解，并掌握其作用的內(nèi)存區(qū)域。