JVM垃圾回收算法及垃圾收集器

摘自《深入理解Java虚拟机》

一、什么是：

　　GC算法是方法论，那么垃圾收集器就是具体的实现。

二、四种垃圾回收算法

　　1、标记-清除算法：最基础的收集算法；不足有两点：1标记和清除两个过程效率都不高；2会产生空间碎片；

　　2、复制算法：实现简单，效率较高；不足是空间利用率底，只得意了一半的空间。

　　　　　　　　 HotSpot中新生代主要也是复制算法，但不是按1：1来划分空间，而是划分为Eden和两个Survivor空间，默认是8：1，也就是新生代能利用 90%空间；当Survivor空间不足时，需要依赖老年代分配担保。

　　3、标记-整理算法：主要用在老年代中；和标记-清除不同的是，它先标记，再移动，再清除边界外的空间；

　　4、分代收集算法：现在商业虚拟机主要的收集算法，是把堆分为新生代和老年代，然后分别采用上面3种算法；主要是新生代用复制算法，老年代用标记-清除或标记-整理算法；

三、7 种收集器：

　　JDK 1.7 update 14 HotSpot虚拟机垃圾收集器；

　　tenured generation(老年代)；

　　连线的收集器表示可搭配使用，共7种作用于不同分代的收集器。

　　下面主要从三个方面总结，特性、原理、应用；

　　1. Serial

　　　　a. 最基本、历史最悠久；简单高效；

　　　　b. 单线程收集器；在它进行垃圾收集时，必须暂停其它所有的工作线程(STOP THE WORLD)，直到它收集结束；采用复制算法回收；

　　　　d. Client模式默认的新生代收集器，是Client不错的选择。

　　2. Serial Old

　　　　a. 同Serial收集器；

　　　 b. 使用标记-整理算法；

　　　　c. 主要用在Client模式的老年代，和Serial搭配使用；

　　　　　也可用在Server模式下：1是在JDK 1.6前与Parallel Scavenge搭配；2使用CMS的后备方案，在CMS 并发收集发生 Concurrent Mode Failure时使用；

　　3. ParNew

　　　　a. 简单高效；其实就是Serial收集器的多线程版本，两者共用了相当多的代码；

　　　　b. 并行多线程；采用复制算法；

　　　　c. 在Server模式下首选的收集器；除了Serial外，目前只有它能与CMS搭配使用（主要也是和CMS搭配）；

　　4. Parallel Scavenge

　　　　a. 和ParNew类似；使GC尽的吞吐量可控，使之高效率使用CPU，尽快完成运算任务；可打开“自适应调节”策略，使之自动配置虚拟机各项参数。

　　　　　　关注点和其它收集器不太一样，CMS等收集器关注的是缩短用户线程的停顿时间，但多花费时间多于Parallel Scavenge；

　　　　　　吞吐量 = 运行用户代码时间 / (运行用户代码时间 + 垃圾收集时间)；如虚拟机部花费100分钟，其中垃圾收集花费1分钟，那吞吐量即99%；

　　　　b. 并行多线程；采用复制算法；

　　　　c. 主要用在后台运算任务不需要太多交互上。

　　5. Parallel Old

　　　　a. 由于老年代的Serial Old在服务端应用性能上的“拖累”，它主要为了和 Parallel Scavenge 搭配；JDK 1.6才开始有；

　　　　b. 采用标记-整理；

　　　　c. 主要用在服务模式下，和 Parallel Scavenge 搭配；

　　6. CMS（Concurrent Mark Sweep）

　　　　a. 强交互，具有划时代意义；真正意义上的并发收集器；

　　　　b. 主要四个步骤：

　　　　　　　1. 初始化标记 initial mark (STW)

　　　　　　　2. 并发标记 concurrent mark

　　　　　　　3. 重新标记 remark (STW)

　　　　　　　4. 并发清除 concurrent sweep

　　　　　　其中初始化和重新标记都会STW，重新标记停顿时间长于初始化标记，但两者的总共停顿时间都很短。大部分时间都花在并发标记和并发清除上。

　　　　　使用标记-清除算法，会产生空间碎片；当老年代空间不够分配时，在触发一次FullGC前会进行碎片的合并和整理。

　　　　　CMS主要是在并发环境下进行，所以它不能像其它收集器那样等到老年代用完了再GC，它需要预留一部分空间给并发收集线程使用，它可以设定一个阈值。如果预留的空间也不够收集线程使用，就会出现一次 ConcurrentModeFailure，这时会启用后备方案Serial Old方案来清理，这样也会带来STW，停顿时间就会变长。

　　　　c. 通常和 ParNew搭配运行在服务端，也是现在用服务端主流的收集器。

　　7. G1（Garbage-First）

　　　　　　a. JDK 1.7正式使用，最新的的技术实现；高并发，主要面向服务端；不需要和其它收集器搭配；

　　　　　　b. 主要四个步骤：

　　　　　　　1. 初始化标记 initial mark (STW)

　　　　　　　2. 并发标记 concurrent mark

　　　　　　　3. 最终标记 remark (STW)

　　　　　　　4. 筛选回收 concurrent sweep（可并，可停顿，停顿不会太长且效率更高）

　　　　　　　整体上是标记-整理算法，但局部两个Region之间是复制算法，

　　　　　　　其它收集器都是针对整个新生代或整个老年代的收集，而G1可对Region进行分隔收集，通过计算每个Region可回收的空间大小，维护一个优先列表，回收时优先回收空间较大的（这也是Garbage-Firsst的由来），这样也可实现用户定义的时间内完成收集。

　　　　　　c. 现在在实践生产中还应用得不多，只是它已是一种技术驱向；

三、其它点：

　　1、垃圾回收中的并行（Parallel）与并发（Concurrent）：

　　　　并行：多个回收线程在多个CPU上一起执行回收操作；会STOP THE WORLD；

　　　　并发：回收线程和其它任务线程并发执行（不一定就是并行，可能会交替执行）工作；不会STOP THE WORLD，用户感觉不到停顿；

扩展阅读：

　　深入理解Major GC, Full GC, CMS

　　JVM client模式和Server模式的区别