JVM（二十一）—— 垃圾回收器（一）

垃圾收集器发展史

7款经典的垃圾收集器:
串行回收器：Serial, Serial Old
并行回收器：ParNew, Parallel Scavenge, Parallel Old
并行回收器：CMS,G1.

垃圾收集器的组合关系

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.

组合关系图：

1. 两个垃圾收集器间有连线，表明他们恶意搭配使用：
   Serial /Serial Old,Serial /CMS, ParNew/Serial Old, ParNew/CMS, Parallel Scavenge/Serial Old, Parallel Scavenge/Parallel Old, G1.
2. 其中Serial Old作为CMS失败的后备方案。
3. （红色虚线）由于维护和兼容性测试的成本，JDK8中将Serial + CMS, ParNew + Serial Old这两个组合声明为废弃，并在JDK9中完全取消了这些组合 的支持。
4. （绿色虚线）JDK14中，弃用 Parallel Scavenge+Serial Old组合。
5. （青色虚线）JDK14中，删除CMS垃圾回收器。

虽然我们会对各个收集器进行比较，但并非为了挑选一个最好的收集器，没有一个任何场景都适用的完美收集器存在，也没有万能的收集器。我们选择的只是对具体应用最合适的收集器。

Serial 回收器：串行回收

• Serial收集器是最基本，历史最悠久的垃圾收集器。JDK1.3之前回收新生代唯一的选择。
• Serial收集器最为HotSpot 中Client模式下的默认新生代垃圾收集器。
• Serial 收集器采用复制算法，串行回收和STW机制的方式执行内存回收。
• 除了年轻代之外，Serial 收集器还提供了用于执行老年代垃圾收集的Serial Old收集器，Serial Old收集器同样也采用了穿行回收和STW机制，只不过内存回收算法使用的是标记压缩算法。
  • Serial Old是运行在Client模式下默认的老年代的垃圾回收器
  • Serial Old在Server模式下主要有两个用途： 与新生代Parallel Scavenge配合使用， 作为老年代CMS收集器的后被垃圾收集方案。

这个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，更重要的是它在进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。

优点：

• 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，专心座垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。

在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大，可在较短时间内完成垃圾收集，只要不频繁发生，使用穿行收集器是可以接受的。

在HotSpot虚拟机中，使用-XX:+UseSerialGC参数可以指定年轻代和老年代都使用穿行收集器，等价于新生代使用Serial ,老年代使用Serial Old。

这种垃圾收集器现在已经不用串行了，而且在限定单核CPU才可以用，现在都是多核。 对于交互较强的应用而言，这种垃圾收集器是不能接受的。一般在Java WEB应用程序中是不会采用串行垃圾收集器的。

ParNew回收器：并行回收

如果说Serial GC是年轻代中的单线程垃圾收集器，那么ParNew收集器则是Serial 收集器的多线程版本。

Par 是Parallel 的缩写，New指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，STW机制。

ParNew是很多JVM在运行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。

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，可以更快速地完成垃圾收集，提升程序的吞吐量。
但是在单个CPU的环境下，ParNew收集器不比Serial 收集器更高效。虽然Serial 收集器是基于串行回收，但是由于CPU不需要频繁的做任务切换，因此可以有效避免多线程交互过程中产生的一些额外开销。

在程序中，开发人员可以通过选项-XX:+UseParNewGC手动指定使用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数量相同的线程数。

Parallel Scavenge回收器：吞吐量优先

HotSpot的年轻代中除了拥有ParNew收集器是基于并行回收的以外，Parallel Scavenge收集器同样也采用了复制算法，并行回收和STW机制。

Parallel Scavenge和ParNew的区别：

• 和ParNew收集器不同，Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量，他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。

高吞吐量可以高效利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要是和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，例如执行批量处理，订单处理，工资支付，科学计算的应用程序。

Parallel Scavenge在JDK6时提供了用于执行老年代垃圾收集的Parallel Old收集器，用来替换老年代的Serial Old。

Parallel Old采用标记压缩算法，但同样也是基于并行回收和STW机制。

在程序吞吐量优先的应用场景中，Parallel Scavenge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JDK8中默认是此垃圾收集器。

参数设置

• -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。
• -XX:+UseParallelOldGC : 手动指定老年代都是使用并行回收收集器。
  分别适用于新生代和老年代，默认JDK8是开启的，上面的两个参数，默认开启一个，另一个也会被开启，互相激活。
• -XX:ParallelGCThreads 设置年轻代并行收集器的线程数，一般最好与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，大于8时，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（STW时间）。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。
• -XX:+UseAdaptiveSizePolicy: 设置Parallel Scavenge收集器既有自适应调节策略。