JVM垃圾收集器(三) ------ 垃圾回收器（一）

垃圾回收器按线程分类

• •串行垃圾回收器

• •只允许一个CPU在同一时间内进行垃圾回收操作， 此时，直到垃圾收集工作结束，工作线程才暂停
• •如果单CPU或较小的内存硬件平台不是特别优越，串行回收器的性能可以超过并行回收器和并发回收器
• •客户端Client模式下的JVM应默认存在串行回收器

• •并行垃圾回收器 ------- 同时使用多个CPU进行垃圾回收，从而增加吞吐量

两者的相同特征:都采用独家试验，会产生STW

图示：

按工作模式划分

• •并发式垃圾回收器 交替引用线程，尽量减少应用程序的停顿时间
• •独家垃圾回收器 一旦实施了垃圾收集线程， 在垃圾收集过程结束之前，停止应用程序中的所有用户线程

图示：

按照碎片分

• •压缩垃圾回收器

• •对存活对象进行压缩整理，消除回收碎片 ------ 重新分配对象的空间使用：指针碰撞

• •非压缩垃圾收集器

• •不进行空间整理 ------ 使用分配对象的方式：空闲列表

工作记忆分

• •老年垃圾收集器
• •年轻时的垃圾回收器

GC评估指标

衡量垃圾收集器的三个最重要的指标是：内存占用(Footprint)、吞吐量(Throughput)和延迟(Latency)，三者共同构成了“不可能三角”。

• •吞吐量：用户代码时间占总时间的比例
• •垃圾收集费用：补充吞吐量、垃圾收集时间与总运行时间的比例
• •暂停时间：垃圾收集程序的工作线程暂停时间
• •收集频率：与应用程序的执行相比，收集操作的频率
• •内存占用: Java堆所占内存大小
• •快速：垃圾从收集到回收的时间

在设计GC算法时，我们必须明确自己的目标，对于吞吐量和暂停时间，我们只能取一个， 目前最大的目标是在最大吞吐量优化的情况下减少停顿时间。

垃圾收集器

垃圾收集器及其搭配规则：

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• •两个收集器之间有连接，表明它们可以一起使用

• •Serial/Serial Old、Serial/CMS、ParNaw/Serial Old、Serial/CMS、Parallel Scavenge/Serial Old、Parallel Scavenge/Parallel Old、G1

• •其中，Serial 作为CMS，Old出现了“Old”Concurrent Mode Failure“失败的背后计划
• •由于维护和兼容性测试的成本，在JDK Serial将于8点举行+CMS、ParNew+Serial Old的两个组合声明是废弃的(JEP 173)并在JDK 这些组合的支持(JEP214)在9中被完全取消 ， 即:移除。
• •(绿色虚线)JDK 14中:弃用Parallel Scavenge和Serial Old GC组合(JEP366)
• •(青色虚线)JDK 14.删除CMS垃圾回收器 (JEP 363 )

串行垃圾收集器

图示：

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Serial（年轻代）

• •串行回收
• •最基本、最古老的收集器
• •新一代垃圾收集器在HotSpotClient模式下默认
• •内存回收采用复制算法、串行回收和STW机制

到目前为止，它仍然是HotSpot虚拟机在客户端模式下运行的默认新一代收集器。它比其他收集器好，简单高效（与其他收集器的单线程相比），因此Serial收集器是运行在客户端模式下的虚拟机的好选择。

Serial Old（老年代）

• •串行回收和STW机制
• •内存回收算法采用标记压缩算法
• •默认情况下，在client模式下运行的老年垃圾回收器
• •在service模式下的两个用途

• •与新一代Parallel一起使用 Scavenge配合使用
• •作为老年CMS垃圾收集的背后方案

作用：

• •Hotspot虚拟机用于客户端模式下的Hotspot
• •在服务器端模式下：

• •在JDK 以及以前版本中的Parallel Scavenge收集器搭配使用
• •作为CM S 收集器失败时的后备计划，并发收集Concurent M ode Failure使用。

Serial和Serial Old总结：Old总结：

它是一种单线程垃圾回收器，它不仅指使用CPU，而且在运行过程中产生STW

优势：

• •简单而高效
• •在client模式下是一个不错的选择

XX: +UserserialGC指定年轻和老年人使用串行回收集器

总结：

• •使用单核CPU
• •一般来说，javaweb不会引用串行垃圾收集器
• •在单CPU的情况下，他比平行垃圾收集器更有效率

平行垃圾收集器Parnew(年轻一代)

本质上，ParNew收集器是Serial收集器的多线程并行版本

• •并行回收
• •在多CPU、在多核等情况下，垃圾收集可以更快地完成，提高程序的吞吐量
• •目前，除了Serial，只有Parnew能够与CMS收集器合作
• •-XX: +UserParNewGC手动设置

图示：

parallel Scavenge（年轻代）

目标：实现可控吞吐量(Throughput)。

吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+运行垃圾收集时间)

特点：

• •吞吐量优先
• •STW机制采用复制算法并行回收
• •与Parnew不同，Parallel收集器的目标是达到可控的吞吐量，也被称为吞吐量优先的垃圾收集器
• •与Parnew相比，添加了新的自适应策略
• •高吞吐量能有效利用CPU时间，尽快完成操作任务，主要适用于后台操作，不需要太多交互。因此，它用于普通服务器

图示：

parallel Old（老年代）

特点：

• •STW机制采用标记压缩算法并行回收
• •Java8中与Parallel的默认组合
• •-XX: +UserAdapttiveSizePolicy 设置收集器的自适应调节策略

• •在这种模式下，年轻一代、Eden和Survivor的比例将自动调整
• •当手动调节困难时，可以考虑使用这种方法

• •-XX: MaxGCPauseMllis 设置垃圾收集器最大停顿时间(STW停顿时间) ------ 该参数使用该谨慎
• •-XX:GCTimeratio垃圾收集时间占总时间的比例

可以优先考虑吞吐量或处理器资源稀缺的情况Parallel Scavenge加Parallel Old这组收集器 合。

并发垃圾回收器CMS(老年)

JDK 5发布时，HotSpot推出了一款几乎具有划时代意义的垃圾收集器，在强交互应用中几乎可以称之为 —— CMS收集器

特点：

• •低延迟
• •第一次让垃圾收集线程和用户线程同时工作
• •CMS垃圾收集算法采用标记清除算法，STW
• •1.4不能与Parallel合作

工作原理：

• •初始标记

• •这一阶段将产生stw的短暂暂停
• •这一阶段只标记了GCRoot直接关联的对象
• •只是标记GC。 Roots可以快速直接关联的对象(所以stw时间很短)

• •并发标记

• •整个对象图的过程始于GCROOT的直接关联对象

• •这个过程需要很长时间，但不需要停止用户线程，可以与垃圾收集线程并发执行

• •重新标记

• •由于并发标记阶段，程序的工作线程将与垃圾收集线程同时运行或交叉执行。因此，在此期间，由于用户程序运行而改变标记对象的哪一部分

• •停顿时间通常比初始标记阶段长，但远比标记阶段短

• •并发清除

• •清除标记阶段已被判定为死亡岛饥饿对象，释放空间

• •因为不需要移动生存对象，这个阶段也可以与用户线程并发

图示：

在整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除阶段，垃圾收集器线程可以与用户线程一致 一般来说，CMS收集器的内存回收过程是与用户线程并发执行的

优点：

• •并发回收(非独家)仍需在初始标记和再次标记中执行stw，但暂停时间不会太长
• •由于并发标记和并发清除阶段不需要暂停工作，整体回收是低停顿

缺点：

• •在CMS回收过程中，应确保用户线程有足够的内存，因为用户线程尚未中断
• •因此，当堆达到一定阈值时，垃圾回收就开始了
• •采用标记清除算法，因此回收后难免会产生一些内存碎片， 因此，当新对象分配空间时，只能选择内存分配

图示：

注：使用Mark Sweeep会导致内存碎片，为什么不使用Mark呢？ Compact呢？并发清除时，如果用compact整理内存，会导致内存位置发生变化。为了保证用户线程能够继续执行，有必要保证运行时对象地址不变。

• •CMS收集器对CPU资源非常敏感
• •CMS无法处理浮动垃圾 ------ 如果在并发阶段产生新的垃圾对象，CMS无法标记垃圾对象，最终导致垃圾对象未能及时回收

总结：

• •如果你想最小化内存和并行开支的使用 ------Serial GC
• •如果你想最大化应用程序的吞吐量 ------Parallel GC
• •如果你想最小化GC中断或停顿时间 ------CMS GC

JDK后续变化：

• •JDK9被标记为Deprecate
• •JDK14删除了CMS垃圾回收器

JDK Hotspot虚拟机9及以上版本使用 参数-XX:+UseConcM arkSweep 打开CM的GC 如果S收集器，用户将收到提示CM的警告信息 S未 将来会被废弃