JVM之垃圾收集算法及垃圾收集器詳解

JVM之垃圾收集算法及垃圾收集器詳解

一、垃圾回收算法

• 標記清除算法
• 複製算法
• 標記壓縮算法（Mark-Compact）
• 分代算法

1.1 標記清除算法

標記清除算法將垃圾回收分爲兩個階段：標記階段和清除階段。
標記階段：首先經過根節點，標記全部從根節點開始的可達對象。未被標記的對象就是未被引用的垃圾對象。
清除階段：清除全部未被標記的對象。
標記清除算法可能產生的最大問題是空間碎片。
注意：標記清除算法先經過根節點標記全部可達對象，而後清除全部不可達對象，完成垃圾回收。

1.2 複製算法

eden ===> from to，就是使用的複製算法
優勢：不會產生碎片
缺點：浪費空間

1.3 標記壓縮算法

標記壓縮算法是一種老年代的回收算法。

1.4 分代收集算法

新生代能夠用複製算法。
老年代可使用標記-清除算法或標記-整理算法。

二、垃圾收集器

• 串行收集器
• 並行收集器
• CMS
• G1

2.1 串行回收器

串行回收器是指使用單線程進行垃圾回收的回收器。

2.1.1 新生代串行回收器

串行回收器主要有兩個特色：

• 它僅僅使用單線程進行垃圾回收
• 它是獨佔式的垃圾回收

在串行收集器進行垃圾回收時，Java應用程序中的線程都須要暫停，等待垃圾回收的完成。這種現象稱之爲Stop-The-World。在實時性要求較高的應用場景中，這種現象每每是不能被接受的。

新生代串行處理器使用複製算法。

使用-XX:+UseSerialGC參數能夠指定使用新生代串行收集器和老年代串行收集器。

2.1.2 老年代串行回收器

老年代串行收集器使用的是標記壓縮算法。和新生代串行收集器同樣，它也是一個串行的、獨佔式的垃圾回收器。

若是要啓動老年代串行回收器，能夠嘗試使用如下參數：

• -XX:+UseSerialGC：新生代、老年代都使用串行回收器
• -XX:+UseParNewGC：新生代使用ParNew回收器，老年代使用串行收集器
• -XX:+UseParallelGC：新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用串行收集器

2.2 並行收集器

它只是在串行回收器上作了改進，使用多個線程同時進行垃圾回收。

2.2.1 新生代ParNew回收器

它是獨佔式的。
在併發能力比較強的CPU上，它產生的停頓時間要短於串行回收器，而在單CPU或者併發能力較弱的系統中，並行回收器的效果不會比串行回收器好，因爲多線程的壓力，它的實際表現極可能比串並回收器差。

啓動新生代ParNew回收器：

• -XX:+UseParNewGC：新生代使用ParNew回收器，老年代使用串行回收器。
• -XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用ParNew回收器，老年代使用CMS。

ParNew回收器的線程數量能夠經過-XX:ParallelGCThreads參數指定。

2.2.2 新生代ParallelGC回收器

新生代ParallelGC回收器關注系統吞吐量，使用複製算法。

啓動新生代ParallelGC回收器：

• -XX:+UseParallelGC：新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用串行回收器。
• -XX:+UseParallelOldGC：新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用ParallelOldGC。

ParallelGC回收器提供了兩個重要的參數用於控制系統的吞吐量：

• -XX:MaxGCPauseMillis：設置最大垃圾收集停頓時間
• -XX:GCTimeRatio：設置吞吐量大小

這是它與ParNew回收器的一個不一樣之處，另一個不一樣之處是它還支持一種自適應的GC調整策略。使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy能夠打開自適應GC策略。

2.2.3 老年代ParallelOldGC回收器

老年代ParallelOldGC回收器也是一種多線程並行的收集器。它也是一種關注吞吐量的收集器。它使用標記壓縮算法，它在JDK1.6中才可使用。

使用-XX:+UseParallelOldGC能夠在新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用ParallelOldGC回收器。參數-XX:ParallelGCThreads也能夠用於設置垃圾回收時的線程數量。

2.3 CMS收集器

它是非獨佔的。

與ParallelGC和ParallelOldGC不一樣，CMS回收器主要關注於系統停頓時間。CMS是Concurrent Mark Sweep的縮寫，意爲併發標記清除，從名稱上就能夠得知，它使用的是標記清除算法，同時它又是一個使用多線程並行回收的垃圾回收器。

2.3.1 CMS主要的設置參數

• -XX:-CMSPrecleaningEnabled
  關閉預清理
• -XX:+UseConcMarkSweepGC
  啓動CMS回收器的參數。CMS是多線程回收器，設置合理的工做線程數量也對系統性能有重要的影響。（同時也表示新生代使用ParNewGC）
• -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction
  指定當老年代空間使用率達到多少時，進行一次CMS垃圾回收。
• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
  這個開關可使CMS在垃圾收集完成後，進行一次內存碎片整理，內存碎片的整理不是併發並行的。
• -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction
  能夠用於設定進行多少次CMS回收後，進行一次內存壓縮。

注意：
併發是指收集器和應用線程交替執行。
並行是指應用程序中止，同時由多個線程一塊兒執行GC。
所以並行回收器不是併發的，由於並行回收器執行時，應用程序徹底掛起，不存在交替執行的步驟。CMS回收器是一個關注停頓的垃圾收集器。同時CMS回收器在部分工做流程中，能夠與用戶程序同時運行，從而下降應用程序的停頓時間。

2.3.2 有關Class的回收

在使用CMS回收器時，若是須要回收Perm區，那麼默認狀況下，仍是須要觸發一次Full GC的。若是但願使用CMS回收Perm區，則必需要打開-XX:+CMSClassUnloadingEnabled開關，若是條件容許，那麼系統會使用CMS的機制回收Perm區Class數據。

2.4 G1回收器

G1回收器是在JDK1.7中正式使用的全新垃圾回收器，從長期目標來看，它是爲了取代CMS回收器。

從分代上看，G1依然屬於分代垃圾回收器，它會區分年輕代和老年代，依然有eden區和survivor區，但從堆的結構上看，它並不要求整個eden區，年輕代或者老年代都連續。它使用了分區算法。

做爲CMS的長期替代方案，G1同時使用了全新的分區算法，其特色以下：

• 並行性：G1在回收期間，能夠由多個GC線程同時工做，有效利用多核計算能力。
• 併發性：G1擁有與應用程序交替執行的能力，部分工做能夠和應用程序同時執行，所以通常來講，不會在整個回收期間徹底阻塞應用程序。
• 分代GC：G1依然是一個分代收集器，可是和以前回收器不一樣，它同時兼顧年輕代和老年代。
• 空間整理：G1在回收過程當中，會進行適當的對象移動，不像CMS，只是簡單地標記清理對象，在若干次GC後，CMS必須進行一次碎片整理。而G1不一樣，它每次回收都會有效地複製對象，減小空間碎片。
• 可預見性：因爲分區的緣由，G1能夠只選取部分區域進行內存回收，這樣縮小了回收的範圍，所以對於全局停頓也能獲得較好的控制。

2.4.1 G1的內存劃分和主要收集過程

G1的手機過程可能有4個階段：

• 新生代GC
• 併發標記週期
• 混合收集
• 若是須要，可能會進行Full GC