JVM垃圾回收器介绍和对比

鹤冲天Pro

已于 2023-05-18 10:02:58 修改

阅读量6.2k

点赞数 14

分类专栏： # JVM # Java Java框架文章标签： jvm java

于 2023-02-01 11:52:37 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_44816664/article/details/128830854

版权

文章介绍了Java虚拟机的垃圾回收机制，包括StopTheWorld事件、各种垃圾回收器如Serial、ParallelScavenge、CMS、G1的特点和工作原理。强调了不同回收器在停顿时间、吞吐量和内存管理策略上的差异，并讨论了如何根据业务场景选择合适的垃圾回收器。CMS和G1尤其关注低停顿时间，但各自有并发问题和内存碎片挑战。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

垃圾回收算法是内存回收的方法论，垃圾回收器是内存回收的实践者。不同的垃圾回收器有不同的特性，并没有一个万能或最好的垃圾回收器，只能根据不同的业务场景选择最合适的垃圾回收器，所以这节就来了解下各个垃圾回收器的特性。

文章目录

1、Stop The World（STW）

先看看jvm的 “Stop The World” 问题。

1）STW：

可达性分析算法从 GC Roots 集合找引用链时，需要枚举根节点，然后从根节点标记存活的对象，根节点枚举以及整理内存碎片时，都会发生 Stop The World，此时 jvm 会直接暂停应用程序的所有用户线程，然后进行垃圾回收。因为垃圾回收时如果还在继续创建对象或更新对象引用，就会导致这些对象可能无法跟踪和回收、跟节点不断变化等比较复杂的问题，因此垃圾回收过程必须暂停所有用户线程，进入 STW 状态。垃圾回收完成后，jvm 会恢复应用程序的所有用户线程。

所有垃圾回收器都无法避免 STW，只能尽量缩短用户线程的停顿时间。系统停顿期间，无法处理任何请求，所有用户请求都会出现短暂的卡顿。如果因为内存分配不合理或垃圾回收器使用不合理，导致频繁的垃圾回收，而且每次回收系统停顿时间过长，这会让用户体验极差。jvm 最重要的一个优化就是通过合理的内存分配，使用合适的垃圾回收器，使得垃圾回收频率最小、停顿时间最短，避免影响系统正常运行。

2）安全点（Safe Point）：

用户程序执行时并非在代码指令流的任意位置都能够停顿下来开始垃圾收集，而是强制要求必须执行到达安全点后才能够暂停。安全点可以理解成是在代码执行过程中的一些特殊位置，当线程执行到这些位置的时候，说明虚拟机当前的状态是安全的，如果有需要，可以在这个位置暂停。

安全点位置的选取基本上是以“是否具有让程序长时间执行的特征”为标准进行选定的，“长时间执行”的最明显特征就是指令序列的复用，例如方法调用、循环跳转、异常跳转等都属于指令序列复用，所以只有具有这些功能的指令才会产生安全点。

jvm 采用主动式中断的方式，在垃圾回收发生时让所有线程都跑到最近的安全点。主动式中断的思想是当垃圾回收需要中断线程的时候，不直接对线程操作，仅仅简单地设置一个标志位，各个线程执行过程时会不停地主动去轮询这个标志，一旦发现中断标志为真时就自己在最近的安全点上主动中断挂起。

3）安全区域（Safe Region）：

安全点机制保证了程序执行时，在不太长的时间内就会遇到可进入垃圾回收过程的安全点。但是，程序“不执行”的时候，线程就无法响应虚拟机的中断请求，如用户线程处于Sleep状态或者Blocked状态，这个时候就没法再走到安全的地方去中断挂起自己。这就需要安全区域来解决了。

安全区域是指能够确保在某一段代码片段之中，引用关系不会发生变化，因此，在这个区域中任意地方开始垃圾回收都是安全的。当用户线程执行到安全区域里面的代码时，首先会标识自己已经进入了安全区域，那样当这段时间里虚拟机要发起垃圾回收时就不必去管这些已声明自己在安全区域内的线程了。当线程要离开安全区域时，它要检查虚拟机是否已经完成了需要暂停用户线程的阶段，如果完成了，那线程就继续执行；否则它就必须一直等待，直到收到可以离开安全区域的信号为止。

2、Serial 垃圾回收器

Serial 垃圾回收器是一个单线程回收器，它进行垃圾回收时，必须暂停其他所有用户线程，直到它回收结束。Serial 主要用于新生代垃圾回收，采用复制算法实现。

服务端程序几乎不会使用 Serial 回收器，服务端程序一般会分配较大的内存，可能几个G，如果使用 Serial 回收器，由于是单线程，标记、清理阶段就会花费很长的时间，就会导致系统较长时间的停顿。

Serial 一般用在客户端程序或占用内存较小的微服务，因为客户端程序一般分配的内存都比较小，可能几十兆或一两百兆，回收时的停顿时间是完全可以接受的。而且 Serial 是所有回收器里额外消耗内存最小的，也没有线程切换的开销，非常简单高效。

3、Serial Old 垃圾回收器

Serial Old 是 Serial 的老年代版本，它同样是一个单线程回收器，主要用于客户端程序。Serial Old 用于老年代垃圾回收，采用标记-整理算法实现。

Serial Old 也可以用在服务端程序，主要有两种用途：一种是与 Parallel Scavenge 回收器搭配使用，另外一种就是作为 CMS 回收器发生失败时的后备预案，在并发收集发生 Concurrent Mode Failure 时使用。

4、ParNew 垃圾回收器

ParNew 回收器实质上是 Serial 回收器的多线程并行版本，除了同时使用多条线程进行垃圾收集之外，其余的行为都与 Serial 回收完全一致，控制参数、回收算法、对象分配规则等都是一致的。除了 Serial 回收器外，目前只有 ParNew 回收器能与 CMS 回收器配合工作，ParNew 是激活CMS后的默认新生代回收器。

ParNew 默认开启的回收线程数与处理器核心数量相同，在处理器核心非常多的环境中，可以使用 -XX: Paralle