《JVM系列》 第九章 -- 垃圾回收器

Serial收集器是一个单线程的收集器，但它的“单线程”的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束（Stop The World）

优势： 简单而高效（与其他收集器的单线程比），对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。

限制条件：串行，单核CPU，不支持交互较强的应用。

参数设置：

• -XX：+UseSerialGC ：指定年轻代和老年代都使用串行收集器（等价于新生代用Serial GC，且老年代用Serial old GC）

ParNew回收器：并行回收

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ParNew收集器可以看作时Serial收集器的多线程版本。Par是Parallel的缩写，New：只能处理的是新生代。ParNew 收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外，两款垃圾收集器之间几乎没有任何区别。ParNew收集器在年轻代中同样也是采用复制算法、"Stop-the-World"机制。

ParNew 是很多JVM运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。

• 对于新生代，回收次数频繁，使用并行方式高效。

• 对于老年代，回收次数少，使用串行方式节省资源。（CPU并行需要切换线程，串行可以省去切换线程的资源）

由于ParNew收集器是基于并行回收，那么是否可以断定ParNew收集器的回收效率在任何场景下都会比serial收集器更高效？

ParNew收集器运行在多CPU的环境下，由于可以充分利用多CPU、多核心等物理硬件资源优势，可以更快地完成垃圾收集，提升程序的吞吐量。但是在单个CPU环境下，PerNew收集器不必Serial收集器更高效。 虽然Serial收集器时基于串行回收，但是由于CPU不需要频繁地做任务切换，因此可以有效避免多线程中产生的一些额外开销。

参数设置：

• -XX：+UseParNewGC：指定使用ParNew收集器执行内存回收任务。它表示年轻代使用并行收集器，不影响老年代。

• -XX:ParallelGCThreads：限制线程数量，默认开启和CPU数据相同的线程数。

Parallel回收器：吞吐量优先

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Parallel Scavenge收集器中采用了复制算法、并行回收和"Stop the World"机制。 和ParNew收集器不同，ParallelScavenge收集器的目标是达到一个可控制的吞吐量（Throughput），它也被称为吞吐量优先的垃圾收集器。

自适应调节策略也是Parallel Scavenge与ParNew一个重要区别。

高吞吐量则可以高效率地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。因此，常见在服务器环境中使用。例如，那些执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序。

Parallel收集器在JDK1.6时提供了用于执行老年代垃圾收集的Parallel old收集器，用来代替老年代的Serialold收集器。

Parallel old收集器采用了标记-压缩算法，但同样也是基于并行回收和"stop-the-World"机制。

在程序吞吐量优先的应用场景中，IParallel收集器和Parallel old收集器的组合，在server模式下的内存回收性能很不错。在Java8中，默认是此垃圾收集器。

参数配置：

• -XX：+UseParallelGC： 手动指定年轻代使用Parallel并行收集器执行内存回收任务,适用于新生代。

• -XX：+UseParalleloldcc ：手动指定老年代都是使用并行回收收集器，适用于老年代。两个参数，默认jdk8是开启的，开启一个，另一个也会被开启。（互相激活）

• -XX:ParallelGcrhreads：设置年轻代并行收集器的线程数。一般地，最好与CPU数量相等，以避免过多的线程数影响垃圾收集性能。在默认情况下，当CPU数量小于8个，ParallelGcThreads的值等于CPU数量。当CPU数量大于8个，ParallelGCThreads的值等于3+[5*CPU Count]/8]

• -XX:MaxGCPauseMillis 设置垃圾收集器最大停顿时间（即STW的时间），单位是毫秒。为了尽可能地把停顿时间控制在MaxGCPauseMills以内，收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数。对于用户来讲，停顿时间越短体验越好。但是在服务器端，我们注重高并发，整体的吞吐量。所以服务器端适合Parallel，进行控制。该参数使用需谨慎。

-XX:GCTimeRatio：垃圾收集时间占总时间的比例（=1/（N+1））。用于衡量吞吐量的大小。取值范围（0，100）。默认值99，也就是垃圾回收时间不超过1。与前一个-xx:MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性。暂停时间越长，Radio参数就容易超过设定的比例。

• -XX:+UseAdaptivesizepplicy ：设置Parallel scavenge收集器具有自适应调节策略，在这种模式下，年轻代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，已达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目标的吞吐量（GCTimeRatio）和停顿时间（MaxGCPauseMil1s），让虚拟机自己完成调优工作。

CMS回收器：低延迟

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在JDK1.5时期，Hotspot推出了一款在强交互应用中几乎可认为有划时代意义的垃圾收集器：CMS（Concurrent-Mark-Sweep）收集器，这款收集器是HotSpot虚拟机中第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程同时工作。

CMS收集器的关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。停顿时间越短（低延迟）就越适合与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验。

• 目前很大一部分的Java应用集中在互联网站或者B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。 CMS收集器就非常符合这类应用的需求。

• CMS的垃圾收集算法采用标记-清除算法，并且也会"stop-the-world"

CMS整个过程比之前的收集器要复杂，整个过程分为4个主要阶段，即初始标记阶段、并发标记阶段、重新标记阶段和并发清除阶段。(涉及STW的阶段主要是：初始标记和重新标记)

• 初始标记（Initial-Mark）阶段： 在这个阶段中，程序中所有的工作线程都将会因为“stop-the-world”机制而出现短暂的暂停，这个阶段的主要任务仅仅只是标记出GCRoots能直接关联到的对象。一旦标记完成之后就会恢复之前被暂停的所有应用线程。由于直接关联对象比较小，所以这里的速度非常快。

• 并发标记（Concurrent-Mark）阶段： 从Gc Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行。

• 重新标记（Remark）阶段： 由于在并发标记阶段中，程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或者交叉运行，因此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（STW）通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短。

• 并发清除（Concurrent-Sweep）阶段： 此阶段清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，释放内存空间。由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的