JVM調優之：垃圾收集器

java語言最大的特色就是能夠進行自動垃圾回收處理，無需開發人員過於關注系統資源的釋放狀況。自動垃圾收集雖然大大減輕了開發人員的工做量，但同時也增長了軟件系統的負擔。一個不合適的垃圾回收方法和策略會對系統形成不良影響。

1.垃圾與回收算法思想

引用計數法：

引用計數法是最經典也是最古老的的一種垃圾回收方法，引用計數器的實現很簡單，對於一個對象A，只要任何一個對象引用了A，則A的計數器上就加1，當引用失效就減1，當A的引用計數器值爲0時，則A就不會再被引用。

引用計數器的實現也很簡單，可是有一個嚴重的問題，即沒法處理相互引用的狀況。就好比A對象引用了B對象，同時B對象也引用的A對象，除此以外在沒有其餘對象應用A和B，則A和B引用計數器的值都不爲0，可是A和B均不會再被使用，這樣就致使不能回收到A和B對象，引發內存泄露。

標記-清除算法：

標記清除算法是現代垃圾回收算法的思想基礎。標記清除算法把垃圾回收分爲兩個階段：標記階段和清除階段。一種可行的實現是，在標記階段，首先經過根節點，標記全部從根節點可達的對象。所以未標記的對象就是未被引用的垃圾對象。而後在清除階段，清除全部未被標記的對象。標記-清除算法最大的一個問題就是空間碎片。覺得回收後的空間是不連續的，工做效率低於連續的內存空間。

複製算法：

複製算法是一種相對高效的回收方法。它的核心思想是：將原有的內存空間分紅兩塊，每次只使用其中的一塊，在垃圾回收時，將正在使用的內存中的存活對象複製到未使用的內存塊中，清除正在使用的內存塊中的全部對象，交換兩個內存塊角色，完成垃圾回收。在JVM新生代中survivor中使用了複製算法進行垃圾回收。若是系統中的垃圾對象不少，複製算法須要複製的存活對象數量並不會太大，所以在垃圾回收時，複製算法的效率是很高的。且複製是統一將存活對象複製到新的內存區域中，所以不會產生空間碎片。

標記-壓縮算法：

複製算法的高效性是創建在垃圾對象多，存活對象少的前提下。這種狀況年輕代常常發生，可是對於老年代每每是存活對象多，垃圾對象少，在這種狀況下複製的成本也將很高，所以複製算法並不適合老年代垃圾回收。

標記-壓縮算法是一種老年代的垃圾回收算法，它在標記-清除算法的基礎上作了一些優化。標記-壓縮算法首先也是須要從跟節點開始，對全部可達對象作一次標記，而後將全部存活對象壓縮到內存的一端，而後清除掉邊界外的全部空間。這種算法避免了碎片的產生，也不須要兩個相同的內存空間，所以性價比較高。

增量算法：

對大部分垃圾回收算法而言，在垃圾回收的過程當中，應用系統軟件處於一種「Stop the World」的狀態。在「Stop the World」狀態下應用程序的全部線程都會掛起，暫停一切正常的工做，等待垃圾回收的完成。若是垃圾回收時間很長，應用系統暫停時間也會很長，影響用戶體驗。

增量算法的基本思想是若是一次性將全部垃圾進行處理，須要形成系統長時間的停頓，那麼可讓垃圾收集和應用程序交替止執行。每次，垃圾收集之回收一小片內存區域，接着切換到應用程序執行。如此反覆直到垃圾回收完成。這種間斷式的垃圾收集雖然減少了應用系統的等待時間，可是因爲線程的切換和上下文替換的消耗，會使得垃圾回收的總體成本升高。

分代：

前面介紹的複製、標記-清除、標記-壓縮等算法，並無一種算法能夠徹底替換其餘算法。它們都有各自的優缺點。所以根據垃圾回收對象的特色不一樣，使用不一樣的回收算法纔是明智之舉。

分代就是基於這種思想，它將內存區域根據對象的特色分紅不一樣的內存區域，根據每塊區域對象的特徵不一樣使用不一樣的回收算法，以提升工做效率。

2.垃圾收集器的類型

按線程數分：

串行：一次只使用一個線程繼續垃圾回收。

並行：一次開啓多個線程進行垃圾回收。在cup能力較強時使用並行能夠提升垃圾收集效率，縮短GC停頓時間。

按工做模式分：

併發式：併發式垃圾收集器與應用系統交替工做，以儘量減小應用系統的停頓時間。

獨佔式：獨佔式垃圾收集器一旦運行「Stop the World」就中止應用程序運行，直到垃圾收集徹底接受，才容許應用程序執行。

按工做內存區間分：

新生代垃圾收集器：只在新生代工做。

老年代垃圾收集器：只在老年代工做。

3.垃圾收集器

新生代串行收集器：單線程、獨佔式、複製算法；單CPU處理器時性能優越。

老年代串行收集器：單線程、獨佔式、標記-壓縮算法；

並行收集器：工做在新生代、將新生代串行收集器多線程化，回收策略、算法、參數和新生產串行收集器同樣。

新生代並行收集器：和並行收集器同樣，可是能夠設置「最大垃圾收集停頓時間」和「吞吐量大小」。自適應GC條件策略。

老年代並行收集器：標記-壓縮算法，能夠設置「最大垃圾收集停頓時間」和「吞吐量大小」。

CMS收集器：併發、標記、清除

G1收集器：標記壓縮算法，能夠進行精確停頓控制（在M時間內，停頓時間不超過N），預期優於CMS收集器。