JVM知識總結-GC收集器

JVM垃圾收集器目前實現有如下幾類：

1. 新生代收集器：Serial, ParNew, Parallel Scavenge;
2. 老年代收集器：CMS, Serial Old, Parallel Old;
3. 跨界收集器：G1
   以下圖所示，存在鏈接線的收集器表示能夠搭配使用(圖引自《深刻理解JVM虛擬機》)

垃圾收集場景下的併發和並行

1. 並行(Parallel)：多條垃圾收集線程並行工做，但用戶線程處於等待狀態；
2. 併發(Concurrent)：用戶線程與垃圾收集線程同時執行，但並不必定是並行，也多是交替執行，用戶程序和垃圾收集運行在不一樣的CPU上；

收集器介紹

1. Serial收集器：僅僅使用一個線程去進行垃圾收集工做，且垃圾收集線程工做時，須要暫停用戶正常工做的線程，即STOP THE WORLD，適用於單CPU的場景，client模式下JVM默認新生代收集器;

2. ParNew收集器：Serial收集器的多線程版，Server模式JVM新生代默認收集器，通常與CMS搭配使用;

3. Parallel Scanvenge收集器：多線程並行新生代收集器，與ParNew的區別在於此收集器更加關注對系統吞吐量的提高，吞吐量=用戶線程運行時間/系統運行總時間，比較適合用在CPU密集型的應用程序上；

4. Serial Old收集器：Serial收集器的老年代版本，使用標記-整理算法，主要用於client模式下，能夠與Parallel Scanvenge收集器搭配使用；

5. Parallel Old收集器：Parallel Scanvenge的老年代版本，使用標記-整理算法，與Parallel Scanvenge搭配使用；

6. CMS收集器：以獲取最短回收停頓時間爲目標的收集器，使用標記-清除算法，每一個回收週期可總結爲如下六步：

   • 初始標記：須要STW，但僅標記與GC ROOTS能直接關聯到的對象，所以耗時很短；
   • 併發標記：不須要STW，使用一個或多個進程進行GC ROOTS Tracing，耗時較長；
   • 再次併發標記：不須要STW，使用一個進程進行GC ROOTS tracing，彌補上個步驟執行時對象的變化；
   • 從新標記：須要STW，主要是對併發標記期間程序運行對象發生變更的補充，停頓時間比初始標記稍長，但也遠短於併發標記；
   • 併發清除：不須要STW，使用一個進程不可達對象進行回收，耗時較長；
   • 重置：不須要STW，使用一個進程resize heap區域，併爲下次週期準備數據；
     cms收集器有如下缺點：
   • 對CPU資源敏感，因爲佔用了一部分線程資源會致使應用程序執行變慢，雖然使用增量式併發收集器(Incremental-CMS)解決線程獨佔的問題，讓收集線程和應用程序線程交替執行，但效果通常，且官文明確表示該模式會在將來版本中被移除；
   • 沒法處理浮動垃圾(Floating Garbage)，即在垃圾清理的過程當中，依然會有垃圾對象產生，這部分垃圾對象被稱爲浮動垃圾，所以CMS收集器須要在老年代爲應用程序預留足夠的空間備用，而不能等到老年代幾乎被塞滿後再執行，1.6中CMS的默認啓動閾值爲92%，當CMS運行時預留的內存沒法知足應用程序使用，會拋出"Concurrent Mode Failure"，VM將啓用Serial Old收集器來從新進行老年代的垃圾收集
   • 因爲使用的是標記-清理算法，所以會產生大量的空間碎片，當碎片過多沒法保存大對象時，就會觸發full GC，CMS提供了兩個參數，UseCMSCompactAtFullCollection和CMSFullGCsBeforeCompation，前者指定在full GC時進行碎片整理，後者指定每隔幾回full GC會進行一次碎片整理，默認值爲0；

7. G1收集器：官方最早進的垃圾收集技術，G1將java堆劃分爲多個大小相等的獨立區域(Region)，雖然還保留新生代、老年代的概念，但再也不物理隔離，他們都是一部分Region(不須要連續)的集合具有以下特色：

   • 並行與併發：充分利用多CPU的硬件優點，縮短STW時間；
   • 分代收集：使用不一樣的方式收集新建對象、熬過屢次GC的舊對象獲取更好的收集效果；
   • 空間整合：總體看來G1是基於標記-整理算法的，收集期間不會產生內存空間碎片；
   • 可預測的停頓：G1能夠創建可預測的停頓時間模型，能讓使用者指定M毫秒內垃圾收集時間不超過N毫秒，G1在後臺維護一個有限列表跟蹤每一個Region的回收價值，每次根據容許的垃圾收集時間優先回收價值最大的Region；
     G1須要解決的問題：
     G1"化整爲零的"方式，給垃圾回收時的可達性分析帶來了麻煩，由於一個Region裏的對象可能和其餘全部Region中的對象有引用關係，爲了不全堆掃描，G1使用Remembered Set記錄對象的引用信息，在進行內存回收時加入Remembered Set便可不進行全堆掃描並不會有遺漏； G1的運行步驟：
   • 初始標記：須要STW，標記GC Roots能直接關聯到的對象，並修改TAMS(Next Top at Mark Start)值，讓下一階段用戶程序運行時在正確的Region中建立對象；
   • 併發標記：不須要STW，進行GC Tracing可達性分析，耗時較長；
   • 最終標記：須要STW，對併發標記的遺漏進行補充，並將此期間內對象的變化記錄到Remembered Set Logs，併合併到Remembered Set中；
   • 篩選回收：對各個Region的回收價值排序，根據用戶指望的GC停頓時間制定回收計劃，能夠與用戶程序併發執行，但停頓用戶線程會大幅提升回收效率；