深刻理解JVM（五）——垃圾回收器

 上一篇介紹了常見的垃圾回收算法，不一樣的算法各有各的優缺點，在JVM中並非單純的使用某一種算法進行垃圾回收，而是將不一樣的垃圾回收算法包裝在不一樣的垃圾回收器當中，用戶能夠根據自身的需求，使用不一樣的垃圾回收器，以便讓本身的java程序性能到達最佳。

在介紹垃圾回收器以前，先回顧一下java堆的結構。

java堆內存結構包括：新生代和老年代，其中新生代由一個伊甸區和2個倖存區組成，2個倖存區是大小相同，徹底對稱的，沒有任何差異。咱們把它們稱爲S0區和S1區，也能夠稱爲from區和to區。

JVM的垃圾回收主要是針對以上堆空間的垃圾回收，固然其實也會針對元數據區（永久區）進行垃圾回收，在此主要介紹對堆空間的垃圾回收。

下面介紹幾種垃圾回收器：

串行收集器

顧名思義，串行收集器就是使用單線程進行垃圾回收。對新生代的回收使用複製算法，對老年代使用標記壓縮算法，這也和上一篇介紹的算法優點是相吻合的。

串行收集器是最古老最穩定的收集器，儘管它是串行回收，回收時間較長，但其穩定性是優於其餘回收器的，綜合來講是一個不錯的選擇。要使用串行收集器，能夠在啓動配置時加上如下參數：

-XX:+UseSerialGC

串行回收器的執行流程以下所示：

執行垃圾回收時，應用程序線程暫停，GC線程開始（開始垃圾回收），垃圾回收完成後，應用程序線程繼續執行。注意：在GC線程運行過程當中使用單線程進行串行回收。

並行回收器

並行回收器就是使用多線程並行回收，不過這裏須要注意的是，針對新生代和老年代，是否都使用並行，有不一樣的回收器選擇：

一、 ParNew回收器

這個回收器只針對新生代進行併發回收，老年代依然使用串行回收。回收算法依然和串行回收同樣，新生代使用複製算法，老年代使用標記壓縮算法。在多核條件下，它的性能顯然優於串行回收器，若是要使用這種回收器，能夠在啓動參數中配置：

-XX:+UseParNewGC

若是要進一步指定併發的線程數，能夠配置一下參數：

-XX:ParallelGCThreads

ParNew回收器的流程以下圖所示：

在進行垃圾回收時應用程序線程依然被暫停，GC線程並行開始執行垃圾回收，垃圾回收完成後，應用程序線程繼續執行。

二、 Parallel回收器

依然是並行回收器，但這種回收器有兩種配置，一種相似於ParNEW：新生代使用並行回收、老年代使用串行回收。它與ParNew的不一樣在於它在設計目標上更重視吞吐量，能夠認爲在相同的條件下它比ParNew更優。要使用這種回收器能夠在啓動程序中配置：

-XX:+UseParallelGC

Parallel回收器另一種配置則不一樣於ParNew，對於新生代和老年代均適應並行回收，要使用這種回收器能夠在啓動程序中配置：

XX:+UseParallelOldGC

Parallel回收器的流程和ParNew的流程是一致的：

在進行回收時，應用程序暫停，GC使用多線程併發回收，回收完成後應用程序線程繼續運行。

CMS回收器

CMS回收器: Concurrent Mark Sweep，併發標記清除。注意這裏注意兩個詞：併發、標記清除。

並發表示它能夠與應用程序併發執行、交替執行；標記清除表示這種回收器不是使用的是標記壓縮算法，這和前面介紹的串行回收器和併發回收器有所不一樣。須要注意的是CMS回收器是一種針對老年代的回收器，不對新生代產生做用。這種回收器優勢在於減小了應用程序停頓的時間，由於它不須要應用程序完成暫定等待垃圾回收，而是與垃圾回收併發執行。要執行這種垃圾回收器能夠在啓動參數中配置：

-XX:+UseConcMarkSweepGC

CMS回收機運行機制很是複雜，咱們簡單的將他的運行流程分爲如下幾步：

初始標記

標記從GC Root能夠直接可達的對象；

併發標記（和應用程序線程一塊兒）

主要標記過程，標記所有對象；

從新標記

因爲併發標記時，用戶線程依然運行，所以在正式清理前，再作依次從新標記，進行修正。

併發清除（和用戶線程一塊兒）

基於標記結果，直接清理對象。

流程以下圖所示：

從上圖能夠看到標記過程分三步：初始標記、併發標記、從新標記，併發標記是最主要的標記過程，而這個過程是併發執行的，能夠與應用程序線程同時進行，初始標記和從新標記雖然不能和應用程序併發執行，但這兩個過程標記速度快，時間短，因此對應用程序不會產生太大的影響。最後併發清除的過程，也是和應用程序同時進行的，避免了應用程序的停頓。

CMS的優勢顯而易見，就是減小了應用程序的停頓時間，讓回收線程和應用程序線程能夠併發執行。但它也不是完美的，從他的運行機制能夠看出，由於它不像其餘回收器同樣集中一段時間對垃圾進行回收，而且在回收時應用程序仍是運行，所以它的回收並不完全。這也致使了CMS回收的頻率相較其餘回收器要高，頻繁的回收將影響應用程序的吞吐量。

G1回收器

G1回收器是jdk1.7之後推出的回收器，試圖取代CMS回收器。

不一樣於其餘的回收器、G1將堆空間劃分紅了互相獨立的區塊。每塊區域既有可能屬於老年代、也有多是新生代，而且每類區域空間能夠是不連續的（對比CMS的老年代和新生代都必須是連續的）。這種將老年代區劃分紅多塊的理念源於：當併發後臺線程尋找可回收的對象時、有些區塊包含可回收的對象要比其餘區塊多不少。雖然在清理這些區塊時G1仍然須要暫停應用線程、但能夠用相對較少的時間優先回收包含垃圾最多區塊。這也是爲何G1命名爲Garbage First的緣由：第一時間處理垃圾最多的區塊。要使用G1回收器須要在啓動是配置如下參數：

-XX:+UseG1GC

G1相對CMS回收器來講優勢在於：

一、由於劃分了不少區塊，回收時減少了內存碎片的產生；

二、G1適用於新生代和老年代，而CMS只適用於老年代。

小結

    本文簡要介紹了JVM中的垃圾回收器，主要包括串行回收器、並行回收器以及CMS回收器、G1回收器。他們各自都有優缺點，一般來講須要根據業務，進行基於垃圾回收器的性能測試，而後再作選擇。下面給出配置回收器時，常用的參數：

-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器

-XX:+UseParNewGC：在新生代使用並行收集器

-XX:+UseParallelGC ：新生代使用並行回收收集器，更加關注吞吐量

-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用並行回收收集器

-XX:ParallelGCThreads：設置用於垃圾回收的線程數

-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用並行收集器，老年代使用CMS+串行收集器

-XX:ParallelCMSThreads：設定CMS的線程數量

-XX:+UseG1GC：啓用G1垃圾回收器