五分钟带你了解垃圾回收器_垃圾回收器了解吗-优快云博客

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本文深入探讨了Java垃圾回收器的种类，包括串行、并行、并发和整堆收集器，如Serial、ParallelScavenge、CMS和G1。分析了各收集器的特点、工作模式和适用场景，强调了GC的性能指标，如吞吐量、暂停时间和内存占用。CMS和G1作为低延迟的代表，分别以并发标记清除和区域划分代式策略，提供更优的用户体验。

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垃圾回收器

1.垃圾回收器概述

如果说收集算法是内存回收的方法论,那么收集器就是内存回收的实践者.
垃圾收集器没有在 java 虚拟机规范中进行过多的规定，可以由不同的厂商、不同版本的 JVM 来实现。
由于 JDK 的版本处于高速迭代过程中，因此 Java 发展至今已经衍生了众多的 GC 版本。
从不同角度分析垃圾收集器，可以将 GC 分为不同的类型。

2.垃圾回收器分类

按线程数分，可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器
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串行回收指的是在同一时间段内只允许有一个 CPU 用于执行垃圾回收操作，此时工作线程被暂停，直至垃圾收集工作结束。
和串行回收相反，并行收集可以运用多个 CPU 同时执行垃圾回收，因此提升了应用的吞吐量，不过并行回收仍然与串行回收一样，采用独占式，使用 "stop-the-world"机制。
按照工作模式分，可以分为并发式垃圾回收器和独占式垃圾回收器。
并发式垃圾回收器与应用程序线程交替工作，以尽可能减少应用程序的停顿时间。独占式垃圾回收器（stop the world）一旦运行，就停止应用程序中的所有用户线程，直到垃圾回收过程完全结束。
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按工作的内存区间分，又可分为年轻代垃圾回收器和老年代垃圾回收器。

3. GC性能指标

吞吐量：运行用户代码的时间占总运行时间的比例（总运行时间：程序的运行时间+内存回收的时间）
垃圾收集开销：垃圾收集所用时间与总运行时间的比例。
暂停时间：执行垃圾收集时，程序的工作线程被暂停的时间。
收集频率：相对于应用程序的执行，收集操作发生的频率。
内存占用：Java 堆区所占的内存大小。
快速：一个对象从诞生到被回收所经历的时间。

4.HotSpot垃圾收集器

图中展示了 7 种作用于不同分代的收集器，如果两个收集器之间存在连线，则说明它们可以搭配使用。虚拟机所处的区域则表示它是属于新生代还是老年代收集器。
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串行回收器：Serial，Serial old
并行回收器：ParNew，Parallel scavenge，Parallel old
并发回收器：CMS、G1
新生代收集器：Serial，ParNew.Parallel scavenge；
老年代收集器：Serial old.Parallel old.cMS；
整堆收集器：G1；

（1）Serial 垃圾收集器（单线程）

Serial收集器是最基本的、新生代的、发展历史最悠久的收集器。
特点: 单线程、简单高效，采用复制算法,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。收集器进行垃圾回收时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它结束（Stop The World）。
应用场景： 适用于Client（客户）模式下的虚拟机。
Serial / Serial Old 收集器运行示意图
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（2）Serial Old 垃圾收集器（单线程）

Serial Old 是 Serial 收集器的老年代版本。
特点： 同样是单线程收集器，采用标记-整理算法。
应用场景： 主要也是使用在 Client 模式下的虚拟机中。也可在 Server 模式下使用。

（3）ParNew 垃圾收集器（多线程）

ParNew 收集器其实就是 Serial 收集器的多线程版本。
除了使用多线程外其余行为均和 Serial 收集器一模一样（参数控制、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等）。
特点： 多线程、ParNew 收集器默认开启的收集线程数与 CPU 的数量相同，在 CPU 非常多的环境中，可以使用-XX:ParallelGCThreads 参数来限制垃圾收集的线程数。和 Serial 收集器一样存在 Stop The World 问题。
应用场景： ParNew 收集器是许多运行在 Server 模式下的虚拟机中首选的新生代收集器，因为它是除了 Serial 收集器外，唯一一个能与 CMS 收集器配合工作的。
ParNew/Serial Old 组合收集器运行示意图如下：
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（4）Parallel Scavenge 垃圾收集器（多线程）

Parallel Scavenge 和 ParNew 一样，都是多线程、新生代垃圾收集器。但是两者有巨大的不同点：
Parallel Scavenge：追求 CPU 吞吐量，能够在较短时间内完成指定任务，因此适合没有交互的后台计算,。

（5）Parallel Old 垃圾收集器（多线程）

是 Parallel Scavenge 收集器的老年代版本。
特点： 多线程，采用标记-整理算法。
应用场景： 注重高吞吐量以及 CPU 资源敏感的场合，都可以优先考虑 Parallel Scavenge+Parallel Old 收集器。
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（6）CMS 回收器(低延迟)

CMS(Concurrent Mark Sweep，并发标记清除)收集器是以获取最短回收停顿时间为目标的收集器（追求低停顿），它在垃圾收集时使得用户线程和 GC 线程并发执行，因此在垃圾收集过程中用户也不会感到明显的卡顿。

初始标记：Stop The World，仅使用一条初始标记线程对所有与 GC Roots 直接关联的对象进行标记。
并发标记：使用多条标记线程，与用户线程并发执行。此过程进行可达性分析，标记出所有废弃对象。速度很慢。
重新标记：Stop The World，使用多条标记线程并发执行，将刚才并发标记过程中新出现的废弃对象标记出来。
并发清除：只使用一条 GC 线程，与用户线程并发执行，清除刚才标记的对象。这个过程非常耗时。

并发标记与并发清除过程耗时最长，且可以与用户线程一起工作，因此，总体上说，CMS 收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发执行的。
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CMS的优点：

并发收集
低延迟
CMS的弊端：

会产生内存碎片， 导致并发清除后，用户线程可用的空间不足。在无法分配大对象的青况下，不得不提前触发 Ful1 GC.
CMS 收集器对 CPU 资源非常敏感。 在并发阶段，它虽然不会导致用户停顿，但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，总吞吐量会降低。

（7）G1(Garbage First)回收器(区域划分代式)

既然我们已经有了前面几个强大的 GC，为什么还要发布 Garbage First（G1） GC呢？
原因就在于应用程序所应对的业务越来越庞大、复杂，用户越来越多，没有 GC 就不能保证应用程序正常进行，而经常造成 STW 的 GC 又跟不上实际的需求，所以才会不断地尝试对 GC 进行优化。G1（Garbage-First）垃圾回收器是在 Java7 update 4 之后引入的一个新的垃圾回收器，是当今收集器技术发展的最前沿成果之一.
与此同时，为了适应现在不断扩大的内存和不断增加的处理器数量，进一步降低暂停时间（pause time），同时兼顾良好的吞吐量。
官方给 G1 设定的目标是在延迟可控的情况下获得尽可能高的吞吐量，所以才担当起“全功能收集器”的重任与期望。
G1 是一款面向服务端应用的垃圾收集器。
哪它为什么名字叫做 Garbage First（G1）呢？
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因为 G1 是一个并行回收器，它把堆内存分割为很多不相关的区域（Region）（物理上不连续的）。使用不同的 Region 来表示 Eden、幸存者 0 区，幸存者 1 区，老年代等。
G1 GC 有计划地避免在整个 Java 堆中进行全区域的垃圾收集。G1 跟踪各个 Region 里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的 Region.
由于这种方式的侧重点在于回收垃圾最大量的区间（Region），所以我们给 G1 一个名字：垃圾优先（Garbage First）。
G1（Garbage-First）是一款面向服务端应用的垃圾收集器，主要针对配备多核 CPU 及大容量内存的机器，以极高概率满足 Gc 停顿时间的同时，还兼具高吞吐量的性能特征。
G1 收集器可以 “ 建立可预测的停顿时间模型 ”，它维护了一个列表用于记录每个 Region 回收的价值大小（回收后获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），这样可以保证 G1 收集器在有限的时间内可以获得最大的回收效率。
如下图所示，G1 收集器收集器收集过程有初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收，和 CMS 收集器前几步的收集过程很相似：
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初始标记：标记出 GC Roots 直接关联的对象，这个阶段速度较快，需要停止用户线程，单线程执行。
并发标记：从 GC Root 开始对堆中的对象进行可达新分析，找出存活对象，这个阶段耗时较长，但可以和用户线程并发执行。
最终标记：修正在并发标记阶段引用户程序执行而产生变动的标记记录。
筛选回收：筛选回收阶段会对各个 Region 的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的 GC 停顿时间来指定回收计划（用最少的时间来回收包含垃圾最多的区域，这就是 Garbage First 的由来——第一时间清理垃圾最多的区块），这里为了提高回收效率，并没有采用和用户线程并发执行的方式，而是停顿用户线程。
适用场景： 要求尽可能可控 GC 停顿时间；内存占用较大的应用。可以用-XX:+UseG1GC使用 G1 收集器，jdk9 默认使用 G1 收集器。

小结：