JVM-GC算法及垃圾收集器超级详细解读（520 是什么? 不存在）

数哥：今天 05-20 据说这是一个节日？
我：不知道
数哥：那你今天怎么过？
我：撸起袖子-撸代码

一、GC算法

1、标记-清除算法

描述：

标记。从根结点（GC root）出发遍历对象，对访问过的对象打上标记，表示该对象可达。
清除。对那些没有标记的对象进行回收，这样使得不能利用的空间能够重新被利用。

优点：

实现简单
不移动对象，

缺点：

清理出来的空闲内存是不连续的
效率比较低（递归与全堆对象遍历），而且在进行GC的时候，需要停止应用程序

2、标记-压缩算法（标记-整理）

描述：

从GCroot 开始遍历，标记活动的对象
清除没有被标记的空间
对空间碎片重排，变紧凑

优点：

无内存碎片
相对内存复制不会浪费内存空间

缺点：

压缩花费计算成本大

3、复制算法

描述：

在from区中，从GCroot 开始遍历，标记活动的对象
清除没有被标记的空间
将from区中存活的对象空间 copy到 to 区
将from区和to区的指针表示 swap

优点：

优秀的吞吐量
可实现高速分配
不会发生碎片化
与缓存兼容

缺点：

堆使用率低下
不兼容保守式GC算法

4、分代收集算法

分代算法主要就是基于以上三种算法 ”因才施教“；

不同的区域使用适合的算法；

具体的各种垃圾收集器就是很好的实现

二、垃圾收集器

1.串行收集器

1）Serial收集器

特点：

1、用于新生代

2、使用复制算法

3、单线程运行-进行垃圾收集时，暂停所有工作线程，即"Stop The World"

2）Serial-old

特点：

1、用于老年代

2、使用标记整理算法

3、单线程运行-进行垃圾收集时，暂停所有工作线程，即"Stop The World"

时序图

设置：“-XX:+UseSerialGC”：添加该参数来显式的使用串行垃圾收集器；

2. 并行收集器

1）ParNew

参数设置：

“-XX:+UseParNewGC”：强制指定使用ParNew；
“-XX:ParallelGCThreads”：指定垃圾收集的线程数量，ParNew默认开启的收集线程与CPU的数量相同；

2）Parallel收集器

Parallel Scavenge收集器类似ParNew收集器，Parallel收集器更关注系统的吞吐量；新生代使用"复制"算法，老年代使用"标记-压缩"

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和"标记压缩"算法

参数设置：

-XX:+UseParallelGC 使用Parallel收集器+老年代串行

-XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel收集器+老年代并行

3）CMS收集器（14版本已经移除）

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器；

老年代收集器（新生代使用ParNew）老年代收集器（新生代使用ParNew）；

初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要"Stop The World"；

优点:并发收集、低停顿
缺点：产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量

参数设置：

-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用CMS收集器
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection "Full GC"后，进行一次碎片整理，整理过程是独占的，会引起停顿时间变长
-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction 设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理
-XX:ParallelCMSThreads 设定CMS的线程数量(一般情况约等于可用CPU数量)

4）G1收集器

G1收集器有以下特点：

空间整合，G1收集器采用"标记-压缩"算法，不会产生内存空间碎片。分配大对象时不会因为无法找到连续空间而提前触发下一次GC。
可预测停顿，这是G1的另一大优势，降低停顿时间是G1和CMS的共同关注点，但G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为N毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒，这几乎已经是实时Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了。

与其他垃圾收集器的区别：

上面提到的垃圾收集器，收集的范围都是整个新生代或者老年代；使用G1收集器时，Java堆的内存布局与其他收集器有很大差别，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，新生代和老年代不再是物理隔阂，它们都是一部分(可以不连续)Region的集合

收集步骤：

标记阶段，首先初始标记(Initial-Mark),这个阶段是停顿的(Stop the World Event)，并且会触发一次普通Mintor GC，对应GC log:GC pause (young) (inital-mark)
Root Region Scanning，程序运行过程中会回收survivor区(存活到老年代)，这一过程必须在young GC之前完成。
Concurrent Marking，在整个堆中进行并发标记(和应用程序并发执行)，此过程可能被young GC中断。在并发标记阶段，若发现区域对象中的所有对象都是垃圾，那个这个区域会被立即回收(图中打X)。同时，并发标记过程中，会计算每个区域的对象活性(区域中存活对象的比例)。
Remark, 再标记，会有短暂停顿(STW)。再标记阶段是用来收集并发标记阶段产生新的垃圾(并发阶段和应用程序一同运行)；G1中采用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。
Copy/Clean up，多线程清除失活对象，会有STW。G1将回收区域的存活对象拷贝到新区域，清除Remember Sets，并发清空回收区域并把它返回到空闲区域链表中。
复制/清除过程后。回收区域的活性对象已经被集中回收到深褐色和深绿色区域，未回收的部分保持原位置。

参数解析

-XX:+UseG1GC	采用 Garbage First (G1) 收集器
-XX:G1HeapRegionSize=n	使用G1时Java堆会被分为大小统一的的区(region)。此参数可以指定每个heap区的大小. 默认值将根据 heap size 算出最优解. 最小值为 1Mb, 最大值为 32Mb.
-XX:G1HeapWastePercent	指定触发Mixed GC的堆垃圾占比，默认值5%
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent	指定被纳入Cset的Region的存活空间占比阈值
-XX:G1MixedGCCountTarget	指定一个周期内触发Mixed GC最大次数，默认值8
-XX:G1HeapRegionSize=n	使用G1，Java堆被划分为大小均匀的区域。这个参数配置各个子区域的大小。此参数的默认值根据堆大小的人工进行确定。最小值为 1Mb 且最大值为 32Mb。
-XX:G1ReservePercent=n	设置作为空闲空间的预留内存百分比以降低晋升失败的可能性。默认值10
-XX:G1PrintRegionLivenessInfo	默认值false, 在情理阶段的并发标记环节,输出堆中的所有 regions 的活跃度信息
-XX:G1PrintHeapRegions	默认值false, G1 将输出那些 regions 被分配和回收的信息
-XX:+PrintGC	打印GC日志
-XX:+PrintGCDetails	打印详细GC日志
-Xloggc:/tmp/spark.gc.log	指定GC日志路径
-XX:+PrintGCDateStamps	打印可读的日期时间戳比如2018-11-12
-XX:+PrintGCTimeStamps	打印可读的时间戳比如 09:10:11
-XX:+PrintAdaptiveSizePolicy	启用自适应大小（为了避免fullGC，允许改变eden空间和survivor空间大小）
-XX:MaxGCPauseMillis=n	设置最大GC 暂停时间。这是一个大概值，JVM 会尽可能的满足此值
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n	设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值。默认占用率是整个 Java 堆的 45%。默认值 45.
-XX:NewRatio=n	new/old 年代的大小比例. 默认值 2.
-XX:SurvivorRatio=n	eden/survivor 空间的大小比例. 默认值 8.
-XX:MaxTenuringThreshold=n	对象晋升年代的最大阀值。默认值 15.这个参数需要注意的是：最大值是15，不要超过这个数啊，要不然会被人笑话。原因为：JVM内部使用 4 bit （1111）来表示这个数。
-XX:ParallelGCThreads=n	设置在垃圾回收器的并行阶段使用的线程数。默认值因与 JVM 运行的平台而不同。
-XX:ConcGCThreads=n	并发垃圾收集器使用的线程数。默认值因与 JVM 运行的平台而不同。
-XX:+PrintSafepointStatistics	输出具体的停顿原因
-XX: PrintSafepointStatisticsCount=1	输出具体的停顿原因
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime	停顿时间输出到GC日志中
-XX:-UseBiasedLocking	取消偏向锁
-XX:+UseGCLogFileRotation	开启滚动日志输出，避免内存被浪费
-XX:+PerfDisableSharedMem	关闭 jstat 性能统计输出特性，使用 jmx 代替

GC日志解析

young GC

717180.116: Total time for which application threads were stopped: 0.0052439 seconds, Stopping threads took: 0.0001552 seconds
717180.160: Total time for which application threads were stopped: 0.0010924 seconds, Stopping threads took: 0.0001561 seconds
717181.045: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0040892 secs][Parallel Time: 3.2 ms, GC Workers: 8][GC Worker Start (ms): Min: 717181044.8, Avg: 717181044.9, Max: 717181044.9, Diff: 0.1][Ext Root Scanning (ms): Min: 1.1, Avg: 1.5, Max: 3.0, Diff: 1.9, Sum: 11.8][Update RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.8, Max: 1.2, Diff: 1.2, Sum: 6.1][Processed Buffers: Min: 0, Avg: 4.8, Max: 13, Diff: 13, Sum: 38][Scan RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.1, Diff: 0.1, Sum: 0.3][Code Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0][Object Copy (ms): Min: 0.1, Avg: 0.8, Max: 1.0, Diff: 0.8, Sum: 6.5][Termination (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.1][Termination Attempts: Min: 1, Avg: 3.2, Max: 6, Diff: 5, Sum: 26][GC Worker Other (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.2][GC Worker Total (ms): Min: 3.1, Avg: 3.1, Max: 3.2, Diff: 0.1, Sum: 25.0][GC Worker End (ms): Min: 717181048.0, Avg: 717181048.0, Max: 717181048.0, Diff: 0.0][Code Root Fixup: 0.1 ms][Code Root Purge: 0.0 ms][Clear CT: 0.1 ms][Other: 0.6 ms][Choose CSet: 0.0 ms][Ref Proc: 0.1 ms][Ref Enq: 0.0 ms][Redirty Cards: 0.1 ms][Humongous Register: 0.0 ms][Humongous Reclaim: 0.0 ms][Free CSet: 0.1 ms][Eden: 410.0M(410.0M)->0.0B(410.0M) Survivors: 2048.0K->2048.0K Heap: 582.2M(688.0M)->172.5M(688.0M)][Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.00 secs]
717181.049: Total time for which application threads were stopped: 0.0052664 seconds, Stopping threads took: 0.0001628 seconds
717181.624: Total time for which application threads were stopped: 0.0010329 seconds, Stopping threads took: 0.0001591 seconds
717181.981: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0041056 secs][Parallel Time: 3.2 ms, GC Workers: 8][GC Worker Start (ms): Min: 717181981.1, Avg: 717181981.1, Max: 717181981.1, Diff: 0.1][Ext Root Scanning (ms): Min: 1.0, Avg: 1.4, Max: 3.1, Diff: 2.0, Sum: 11.6][Update RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.7, Max: 1.1, Diff: 1.1, Sum: 5.8][Processed Buffers: Min: 0, Avg: 4.1, Max: 11, Diff: 11, Sum: 33][Scan RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.1, Diff: 0.1, Sum: 0.3][Code Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0][Object Copy (ms): Min: 0.0, Avg: 0.7, Max: 0.9, Diff: 0.9, Sum: 5.9][Termination (ms): Min: 0.0, Avg: 0.1, Max: 0.1, Diff: 0.1, Sum: 0.8][Termination Attempts: Min: 1, Avg: 1.4, Max: 2, Diff: 1, Sum: 11][GC Worker Other (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.2][GC Worker Total (ms): Min: 3.0, Avg: 3.1, Max: 3.1, Diff: 0.1, Sum: 24.6][GC Worker End (ms): Min: 717181984.2, Avg: 717181984.2, Max: 717181984.2, Diff: 0.0][Code Root Fixup: 0.1 ms][Code Root Purge: 0.0 ms][Clear CT: 0.1 ms][Other: 0.7 ms][Choose CSet: 0.0 ms][Ref Proc: 0.2 ms][Ref Enq: 0.0 ms][Redirty Cards: 0.1 ms][Humongous Register: 0.0 ms][Humongous Reclaim: 0.0 ms][Free CSet: 0.1 ms][Eden: 410.0M(410.0M)->0.0B(410.0M) Survivors: 2048.0K->2048.0K Heap: 582.5M(688.0M)->172.3M(688.0M)][Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.01 secs]
717181.985: Total time for which application threads were stopped: 0.0052631 seconds, Stopping threads took: 0.0001380 seconds
717182.248: Total time for which application threads were stopped: 0.0010698 seconds, Stopping threads took: 0.0001791 seconds
717182.920: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0040621 secs][Parallel Time: 3.2 ms, GC Workers: 8][GC Worker Start (ms): Min: 717182920.1, Avg: 717182920.1, Max: 717182920.2, Diff: 0.1][Ext Root Scanning (ms): Min: 1.1, Avg: 1.5, Max: 3.1, Diff: 2.0, Sum: 12.0][Update RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.6, Max: 1.0, Diff: 1.0, Sum: 4.6][Processed Buffers: Min: 0, Avg: 3.5, Max: 8, Diff: 8, Sum: 28][Scan RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.1, Diff: 0.1, Sum: 0.3][Code Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0][Object Copy (ms): Min: 0.0, Avg: 0.7, Max: 0.9, Diff: 0.9, Sum: 5.9][Termination (ms): Min: 0.0, Avg: 0.2, Max: 0.3, Diff: 0.3, Sum: 1.9][Termination Attempts: Min: 1, Avg: 2.1, Max: 5, Diff: 4, Sum: 17][GC Worker Other (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.2][GC Worker Total (ms): Min: 3.1, Avg: 3.1, Max: 3.1, Diff: 0.1, Sum: 24.8][GC Worker End (ms): Min: 717182923.2, Avg: 717182923.2, Max: 717182923.2, Diff: 0.0][Code Root Fixup: 0.1 ms][Code Root Purge: 0.0 ms][Clear CT: 0.1 ms][Other: 0.6 ms][Choose CSet: 0.0 ms][Ref Proc: 0.1 ms][Ref Enq: 0.0 ms][Redirty Cards: 0.1 ms][Humongous Register: 0.0 ms][Humongous Reclaim: 0.0 ms][Free CSet: 0.2 ms][Eden: 410.0M(410.0M)->0.0B(410.0M) Survivors: 2048.0K->2048.0K Heap: 582.3M(688.0M)->172.4M(688.0M)][Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs]
717182.924: Total time for which application threads were stopped: 0.0052128 seconds, Stopping threads took: 0.0001624 seconds
717183.596: Total time for which application threads were stopped: 0.0010477 seconds, Stopping threads took: 0.0001578 seconds
717183.854: [GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0044851 secs]

mixed GC

G1 解析

https://zhuanlan.zhihu.com/p/130992385

https://www.jianshu.com/p/333147dc741a

G1日志解析

https://www.cnblogs.com/felixzh/p/11526306.html

https://blog.csdn.net/weixin_37275456/article/details/113351677

5）ZGC （11版本新增）

在JDK 11当中，加入了实验性质的ZGC。它的回收耗时平均不到2毫秒。它是一款低停顿高并发的收集器。

ZGC几乎在所有地方并发执行的，除了初始标记的是STW的。所以停顿时间几乎就耗费在初始标记上，这部分的实际是非常少的。那么其他阶段是怎么做到可以并发执行的呢？

ZGC主要新增了两项技术，一个是着色指针Colored Pointer，另一个是读屏障Load Barrier。

着色指针Colored Pointer
ZGC利用指针的64位中的几位表示Finalizable、Remapped、Marked1、Marked0（ZGC仅支持64位平台），以标记该指向内存的存储状态。相当于在对象的指针上标注了对象的信息。注意，这里的指针相当于Java术语当中的引用。

在这个被指向的内存发生变化的时候（内存在Compact被移动时），颜色就会发生变化。

在G1的时候就说到过，Compact阶段是需要STW，否则会影响用户线程执行。那么怎么解决这个问题呢？

读屏障Load Barrier 由于着色指针的存在，在程序运行时访问对象的时候，可以轻易知道对象在内存的存储状态（通过指针访问对象），若请求读的内存在被着色了。那么则会触发读屏障。读屏障会更新指针再返回结果，此过程有一定的耗费，从而达到与用户线程并发的效果。

常用的垃圾收集器组合

新生代	老年代
Serial	Serial Old
Serial	CMS + Serial Old
ParNew	CMS
ParNew	Serial Old
Parallel Scavenge	Serial Old
Parallel Scavenge	Parallel Old
G1	G1

GC分析工具 https://gceasy.io

个人水平有限，如有问题，欢迎大家留言指出，虚心接受，及时更正

如果大家觉得，还可以，烦请点赞收藏，谢谢