JVM垃圾收集器（三）

垃圾回收（GC）线程与应用线程保持相对独立，当系统需要执行垃圾回收任务时，先停止工作线程，然后命令GC线程工作，以串行模式工作的收集器，称为Serial Collector，即串行收集器；与之相对的是以并行模式工作的收集器，称为Paraller Collector，即并行收集器。

并行收集：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍处于等待状态。

并发收集：指用户线程与垃圾收集线程同时工作（不一定是并行的，会交替执行）。用户程序在继续运行，而垃圾收集程序运行在另一个CPU上。

吞吐量：即CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，当虚拟机运行100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那么吞吐量就是99%。

垃圾收集器

  1. Serial收集器

    Serial收集器是最基本的、发展历史最悠久的收集器。

    单线程、与其他收集器的单线程相比简单高效，Serial是针对新生代的垃圾收集器采用“复制”算法，对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器没有线程交互的开销。收集器进行垃圾回收时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它结束（Stop The World）。stop-the-world暂停时间的长短是衡量一款收集器性能高低的重要指标。

  2. ParNew收集器

    并行收集器充分利用多处理器的优势，采用多个GC线程并行收集，显然比只使用一条GC线程执行的效率更高，在多处理器环境下工作的并行收集器可以极大的缩短Stop-The-World的时间。ParNew是针对新生代的垃圾收集器，采用“复制“算法，可以看做是Serial的多线程版本。

  3. Parallel Scavenge收集器

    Parallel Scavenge收集器和ParNew收集器类似，但更注重吞吐率，在ParNew的基础上演化而来的，故也被称为“吞吐量优先”收集器，吞吐量就是CPU运行用户代码的时间与CPU总消耗的时间的比值。

    采用“复制”算法。

  4. Serial Old收集器

    Serial Old是Serial收集器的老年代版本，同样是单线程收集器采用“标记整理”算法，这个收集器是给Client模式下的虚拟机使用。

  5. Parallel Old收集器

    Parallel Old是Parallel Scanvenge收集器的老年代版本，多线程收集器，采用**“标记整理”**算法。

  6. CMS收集器

    CMS（Concurrent Mark Swee）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。CMS收集器仅作用于老年代的收集，采用“标记清除”算法，它的运作过程分为4个步骤：

    • 初始标记（CMS initial mark）
    • 并发标记（CMS concurrent mark）
    • 重新标记（CMS remark）
    • 并发清除（CMS concurrent sweep）

    初始标记和中心标记这两个步骤仍然需要Stop-The-World。初始标记仅仅只是标记一下GCRoots能直接关联到的对象，速度很快，并发标记阶段就是进行GC Roots Tracing的过程，而重新标记阶段则是为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记稍长一些，但远比并发标记时间短。

    CMS收集器优点：并发收集，低停顿。

    CMS收集器缺点：使用标记清除算法，具有该算法的缺点。

    CMS收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的。

  7. G1收集器

    G1收集器是面向服务端的垃圾收集器，在2004年发表论文，在JDK9成为了默认的服务端的垃圾收集器，替换掉了JDK5发布的CMS收集器。

    G1收集器之前的所有的收集器，包括CMS在内垃圾收集的范围要么是整个新生代（Minor GC）、要么就是整个老年代（Major GC）、要么就是真个Java堆（Full GC），而G1则是面向堆内存任何部分来组成回收集进行回收，它是看那块内存中存放的垃圾数量最多回收收益最大，这就是G1收集器的Mixed GC模式。

    G1把堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），新生代和老年代不在物理隔离。通过引入Region的概念，从而将原来的一整块内存空间划分为多个的小空间，使得每个小空间可以单独进行垃圾回收。这种划分方式使得可预测的停顿时间成为可能。通过记录每个Region垃圾回收时间以及回收所获得的空间（这两个值是通过过去回收的经验获得），并维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。

    每个Region都有一个Remember Set，用来记录该Region对象的引用对象所在的Region。通过使用Remember Set，可以避免在做可达性分析的时候进行全堆扫描。

    G1收集器的运作过程大致可以分为以下几个步骤：

    • 初始标记：只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，这个阶段需要停顿用户线程，但耗时很短。
    • 并发标记：从GC Roots开始对堆进行可达性分析，递归扫描整个堆里的对象图，找出要回收的对象，这个阶段耗时很长，但是与用户线程并发执行。当对象图扫描完成之后，还要重新处理STAB记录下的在并发时有引用变动的对象。
    • 最终标记：对用户线程做一个短暂的暂停，用于处理在并发阶段遗留下来的少量的STAB记录。
    • 筛选回收：负责更新Region的统计数据，对各个Region的回收价值和成本进行排序根据用户所期望的GC停顿时间来制定回收计划。这阶段其实可以做到与用户程序一起并发执行，因为只回收一部分的Region，时间可控制，而且停顿用户线程将大幅度提高收集效率。

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