十种GC收集器及原理(3)—ParNew

ParNew是用于新生代的并行多线程垃圾收集器，采用“复制”算法，与"Parallel Scavenge"使用的算法相同。它与“ Parallel Scavenge”的不同之处在于，它具有使其可以在CMS中使用的增强功能。例如，“ ParNew”执行所需的同步，以便它可以在CMS的并发阶段运行。

                                                                   图3-1：并行多线程垃圾收集过程示意图

从上图可以看出，其在STW阶段运行的GC是多线程的，这与Serial收集器的单线程形成鲜明对比。

复制算法

复制算法也是包含“标记”阶段的，所以我们叫它“标记-复制”算法更为准确。“标记-复制”算法与“标记-整理”算法非常相似，因为它们也可以重新放置所有活动对象。重要的区别是，重定位的目标是一个不同的内存区域，作为被标记为活动对象的新家。标记-复制方法具有一些优点，因为复制可以在同一阶段与标记同时进行。缺点是需要另外一个存储区域，该存储区域应足够大以容纳活动对象。

                                                                         图3-2：“标记-复制”算法内存示意图

上文中提到的“标记”阶段，在JVM的实现中使用的“三色标记”法。

     三色标记法

       3种颜色即：白色(White)，黑色(Black)和灰色(Grey)：
       白色集：是一组可以回收其内存的对象集合。
       黑色集：是一组对象，可以从根访问，没有关联任何白色对象。黑色集中的对象不是收集对象。
       灰色集：包含可以从根访问的所有对象，但尚未扫描以查找对“白色”对象的引用。由于已知它们是从根部可以访问的，因此无法对其进行垃圾收集，并且在扫描后将其变为黑色集。
       在许多算法中，最初的黑色集从空开始，灰色集是直接从根引用的对象集，而白色集包括所有其他对象。内存中的每个对象始终都归属3种颜色集合之一。
       该算法执行过程，如下图所示：

       1.从灰色组中选择一个对象，然后将其移至黑色组。
       2.将其引用的每个白色对象移至灰色组。这样可以确保该对象及其引用的任何对象都不能被垃圾回收。
       3.重复最后两个步骤，直到灰色设置为空。
       4.当灰色设置为空时，扫描完成。黑色对象可以从根部到达，而白色对象则不能，并且可以进行垃圾收集。
       由于所有从根无法立即到达的对象都被添加到白色集合中，并且对象只能从白色移动到灰色，从灰色移动到黑色，因此该算法保留了一个重要的不变性-没有黑色对象引用白色对象。这样可以确保一旦灰色组为空，就可以释放白色对象。
这称为三色不变式。该算法的某些变体不能保留此不变性，而是使用所有重要属性均适用的修改形式。
        三色标记法具有一个重要的优势—可以“即时”执行，而无需在相当长的时间内停止系统。这是通过在分配对象时以及在变异过程中标记对象，并维护各种集合来实现的。通过监视集合的大小，系统可以定期（而不是根据需要）执行垃圾收集。而且，避免了在每个周期上都需要触摸整个工作集。

        "ParNew"可以与老年代的垃圾收集器"CMS"或"Serial Old"搭配来完成垃圾分代收集的工作。但是不能与"Parallel Old"搭配进行分代GC。如下图所示：

      为什么ParNew不能和Parallel Old一起工作？

“ParNew”用一种被收集的每一代为其提供特定界面的样式采集。例如，“ParNew”（和“Serial”）实现space_iterate()将对每个对象执行操作在新生代中。当使用“ CMS”或“ Serial Old”，GC可以使用space_iterate()来在新生代的对象上做一些工作。这使得收集器的混合搭配工作有效，但同时会增加一些额外负担。而且负担似乎是伴随收集器增多而线性增加的。或者，“Parallel Scavenge”（至少在“Parallel Old”出现之前）总是知道老年代是如何被收集的，可以直接调用“Serial Old”收集器中的代码。“Parallel Old”不是以“ParNew”样式编写的，因此当其进行工作时，“ParNew”并不知道。其实，“Parallel Scavenge”与“Parallel Old”搭配使用更为高效。

另外，可以在带有“ ParNew”标签的GC日志消息中标识用于新生代的ParNew收集器。在JVM 9和更早版本中，可以使用“ -XX：+ UseParNewGC”选项显式调用用于新生代的ParNew收集器。但是此选项已从JVM 10中删除。