【JVM进阶之路】七：垃圾收集器盘点

图中列出了七种垃圾收集器，连线表示可以配合使用，所在区域表示它是属于新生代收集器或是老年代收集器。

这里还标出了垃圾收集器采用的收集算法，G1收集器比较特殊，整体采用标记-整理算法，局部采用标记-复制算法，后面再细讲。

1.1、Serial收集器

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Serial收集器是最基础、历史最悠久的收集器。

如同它的名字（串行），它是一个单线程工作的收集器，使用一个处理器或一条收集线程去完成垃圾收集工作。并且进行垃圾收集时，必须暂停其他所有工作线程，直到垃圾收集结束——这就是所谓的“Stop The World”。

Serial/Serial Old收集器的运行过程如图：

1.2、ParNew收集器

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ParNew收集器实质上是Serial收集器的多线程并行版本，使用多条线程进行垃圾收集。

ParNew收集器的工作过程如图所示：

这里值得一提的是Par是Parallel（并行）的缩写，但需要注意的是，这个并行（Parallel）仅仅是描述同一时间多条GC线程协同工作，而不是GC线程和用户线程同时运行。ParNew垃圾收集也是需要Stop The World的。

1.3、Parallel Scavenge收集器

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Parallel Scavenge收集器是一款新生代收集器，基于标记-复制算法实现，也能够并行收集。和ParNew有些类似，但Parallel Scavenge主要关注的是垃圾收集的吞吐量。

所谓吞吐量指的是运行用户代码的时间与处理器总消耗时间的比值。这个比例越高，证明垃圾收集占整个程序运行的比例越小。

Parallel Scavenge收集器提供了两个参数用于精确控制吞吐量:

• -XX：MaxGCPauseMillis，最大垃圾回收停顿时间。这个参数的原理是空间换时间，收集器会控制新生代的区域大小，从而尽可能保证回收少于这个最大停顿时间。简单的说就是回收的区域越小，那么耗费的时间也越小。

所以这个参数并不是设置得越小越好。设太小的话，新生代空间会太小，从而更频繁的触发GC。

• -XX：GCTimeRatio，垃圾收集时间与总时间占比。这个是吞吐量的倒数，原理和MaxGCPauseMillis相同。

由于与吞吐量关系密切，Parallel Scavenge收集器也经常被称作“吞吐量优先收集器”。

1.4、Serial Old收集器

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Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用标记-整理算法。

Serial Old收集器的工作过程如图：

1.5、Parallel Old收集器

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Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，支持多线程并发收集，基于标记-整理算法实现。

1.6、CMS收集器

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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，同样是老年代的收集齐，采用标记-清除算法。

CMS收集齐的垃圾收集分为四步：

• 初始标记（CMS initial mark）：单线程运行，需要Stop The World，标记GC Roots能直达的对象。

• 并发标记（（CMS concurrent mark）：无停顿，和用户线程同时运行，从GC Roots直达对象开始遍历整个对象图。

• 重新标记（CMS remark）：多线程运行，需要Stop The World，标记并发标记阶段产生对象。

• 并发清除（CMS concurrent sweep）：无停顿，和用户线程同时运行，清理掉标记阶段标记的死亡的对象。

涉及到了多次标记的过程，这里插入一点三色抽象的知识。三色抽象用来描述对象在垃圾收集过程中的状态。

通常白色代表对象未被扫描到，灰色表示对象被扫描到但未被处理，黑色表示对象及其后代已被处理。在CMS的标记和清除过程中就用到了这种抽象，详细的可以查看参考【5】。

Concurrent Mark Sweep收集器运行示意图如下：

优点：CMS最主要的优点在名字上已经体现出来——并发收集、低停顿。

缺点：CMS同样有三个明显的缺点。

• Mark Sweep算法会导致内存碎片比较多

• CMS的并发能力比较依赖于CPU资源，并发回收时垃圾收集线程可能会抢占用户线程的资源，导致用户程序性能下降。

• 并发清除阶段，用户线程依然在运行，会产生所谓的理“浮动垃圾”（Floating Garbage），本次垃圾收集无法处理浮动垃圾，必须到下一次垃圾收集才能处理。如果浮动垃圾太多，会触发新的垃圾回收，导致性能降低。

1.7、Garbage First收集器

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Garbage First（简称G1）收集器是垃圾收集器的一个颠覆性的产物，它开创了局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式。

虽然G1也仍是遵循分代收集理论设计的，但其堆内存的布局与其他收集器有非常明显的差异。以前的收集器分代是划分新生代、老年代、持久代等。

G1把连续的Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），每一个Region都可以根据需要，扮演新生代的Eden空间、Survivor空间，或者老年代空间。收集器能够对扮演不同角色的Region采用不同的策略去处理。

这样就避免了收集整个堆，而是按照若干个Region集进行收集，同时维护一个优先级列表，跟踪各个Region回收的“价值，优先收集价值高的Region。

G1收集器的运行过程大致可划分为以下四个步骤：

• 初始标记（initial mark），标记了从GC Root开始直接关联可达的对象。STW（Stop the World）执行。

• 并发标记（concurrent marking），和用户线程并发执行，从GC Root开始对堆中对象进行可达性分析，递归扫描整个堆里的对象图，找出要回收的对象、

• 最终标记（Remark），STW，标记再并发标记过程中产生的垃圾。