Java基础-JVM：垃圾回收算法与垃圾收集器

垃圾回收算法和垃圾收集器算是JVM的基础，也是Java的核心知识，Java程序员们都应该了解，并根据实际需要进行垃圾收集器的选择和JVM参数调优。

垃圾回收算法

• 常用的有三种垃圾回收算法，一些新版本jdk的算法暂时不在这里介绍。
• 新生代对象多又小，需要频繁迁移整理（而不是删除），一般采用复制算法
• 老年代对象大且变动不频繁，一般变动就清理，一般采用“标记-清除”算法或“标记-压缩”算法

标记-清除算法

• mark sweep，简称 MS
• 缺点是容易造成碎片化
• “标记-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一样，算法分为“标记”和“清除”两个阶段
• 首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收掉所有被标记的对象。

复制算法

• copying
• 缺点是浪费空间
• “复制”（Copying）的收集算法，它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块。
• 当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。

标记-压缩算法

• mark compare，简称 MC
• 标记-压缩算法，也称标记-整理算法
• 标记过程仍然与“标记-清除”算法一样
• 但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存

垃圾收集器

新生代收集器：Serial、 ParNew 、 Parallel Scavenge

老年代收集器： CMS 、Serial Old、Parallel Old

整堆收集器： G1 ， ZGC (不涉年代)。

从串行-并行，从几十M，到几个G，到几十G

Serils / Serils Old

• 单线程垃圾收集器
• Serial收集器（复制算法): 新生代单线程收集器，标记和清理都是单线程，优点是简单高效；
• Serial Old收集器 (标记-整理算法): 老年代单线程收集器，Serial收集器的老年代版本；

ParNew

• ParNew收集器 (复制算法): 新生代收并行集器
• 实际上是Serial收集器的多线程版本
• 在多核 CPU环境下有着比Serial更好的表现；

Parallel Scavenge / Parallel Old

• 多线程并行垃圾收集器
• JDK1.8默认默认垃圾收集器
• Parallel Scavenge收集器 (复制算法): 新生代并行收集器，追求高吞吐量，高效利用 CPU
• 吞吐量 = 用户线程时间/(用户线程时间+GC线程时间)，高吞吐量可以高效率的利用CPU时间，尽 快完成程序的运算任务，适合后台应用等对交互相应要求不高的场景
• Parallel Old收集器 (标记-整理算法)： 老年代并行收集器，吞吐量优先，Parallel Scavenge收 集器的老年代版本；

CMS

• concurrent mark swep 的缩写，即并发的标记-清除
• CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器，使用标记-清除算法
• 老年代并行收集器，以获取最短回收停顿时间为目标的收集器，具有高并发、低停顿的特点，追求最短GC回收停顿时间。
• 三色标记 - 错标 - Incremental Update - Remark

G1

• JDK1.9默认垃圾收集器
• G1(Garbage First)收集器 ，使用标记-整理算法，是Java堆并行收集器
• G1收集器是JDK1.7提供的一 个新收集器，G1收集器基于“标记-整理”算法实现，也就是说不会产生内存碎片。
• 此外，G1回收集器不同于之前的收集器的一个重要特点是：G1回收的范围是整个Java堆(包括新生代，老年代)，而前六种收集器回收的范围仅限于新生代或老年代。
• 1.9后默认的垃圾回收算法，特点保持高回收率的同时减少停顿。采用每次只清理一部分，而不是清理全部的增量式清理，以保证停顿时间不会过长。
• 其取消了年轻代与老年代的物理划分,但仍属于分代收集器,算法将堆分为若干个逻辑区域(region),一 部分用作年轻代,一部分用作老年代,还有用来存储巨型对象的分区.
• 同CMS相同,会遍历所有对象,标记引用情况,清除对象后会对区域进行复制移动,以整合碎片空间
• 年轻代回收: 并行复制采用复制算法,并行收集,会StopTheWorld
• 老年代回收: 会对年轻代一并回收
• 标记-清除过程
  • 初始标记 完成堆root对象的标记,会StopTheWorld.
  • 并发标记 GC线程和应用线程并发执行.
  • 最终标记 完成三色标记周期,会StopTheWorld.
  • 复制/清除 会优先对可回收空间加大的区域进行回收

ZGC

• Open JDK 11加入
• ZGC （Z Garbage Collector）是一款由Oracle公司研发的，以低延迟为首要目标的一款垃圾收集器
• 它是基于动态Region内存布局，（暂时）不设年龄分代，使用了读屏障、染色指针和内存多重映射等技术来实现可并发的标记-整理算法的收集器。
• 在 JDK 11 新加入，还在实验阶段，主要特点是：回收TB级内存（最大4T），停顿时间不超过10ms。
• 优点：低停顿，高吞吐量， ZGC 收集过程中额外耗费的内存小。
• 缺点：浮动垃圾

垃圾收集器选择

• 我们平常的 Web 服务器，都是对响应性要求非常高的。选择性其实就集 中在 CMS 、 G1 、 ZGC 上。而对于某些定时任务，使用并行收集器，是一个比较好的选择。下面详细讲一下，仅供参考。
• 如果你的堆大小不是很大（比如 100MB ），选择串行收集器一般是效率最高的。
  参数： -XX:+UseSerialGC 。
• 如果你的应用运行在单核的机器上，或者你的虚拟机核数只有单核，选择串行收集器依然是合适的，这时候启用一些并行收集器没有任何收益。
  参数： -XX:+UseSerialGC 。
• 如果你的应用是“吞吐量”优先的，并且对较长时间的停顿没有什么特别的要求。选择并行收集 器是比较好的。
  参数： -XX:+UseParallelGC 。
• 如果你的应用对响应时间要求较高，想要较少的停顿。甚至 1 秒的停顿都会引起大量的请求失败，那么选择 G1 、 ZGC 、 CMS 都是合理的。虽然这些收集器的 GC 停顿通常都比较短，但它需要一些额外的资源去处理这些工作，通常吞吐量会低一些。
  参数： -XX:+UseConcMarkSweepGC 、 -XX:+UseG1GC 、 -XX:+UseZGC 等。