【JVM】图解垃圾收集器1

前言

如果说收集算法是内存回收的方法论，那垃圾收集器就是内存回收的实践者。本文主要介绍六种经典垃圾收集器用到哪些回收算法？适用哪些场景？

Serial收集器

Serial收集器是最基础、历史最悠久的收集器，曾经（在JDK 1.3.1之前）是HotSpot虚拟机新生代 收集器的唯一选择。

Serial收集器回收过程如下图所示：

特点：

• Serial收集器属于新生代 收集器，单线程执行垃圾回收，必须全程冻结用户线程的运行。
• 收集算法是使用 标记-复制算法。因为新生代的对象特性：绝大部分对象的存活时间很短，很快就被回收。
• 垃圾回收不是频繁发生的场景下，单线程没有线程交互的开销，可以更加高效的进行垃圾回收。例如：运行在 Client模式 下的虚拟机，Serial收集器 是很好的选择。

ParNew收集器

ParNew收集器实质上是Serial收集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，其余的行为包括Serial收集器可用的所有控制参数（例如：-XX：SurvivorRatio、-XX： PretenureSizeThreshold、-XX：HandlePromotionFailure等）、收集算法、Stop The
World、对象分配规 则、回收策略等都与Serial收集器完全一致，在实现上这两种收集器也共用了相当多的代码。

ParNew收集器回收过程如下图所示：

特点：

• 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，除了Serial收集器外，目前只有它能与 CMS收集器 配合工作。

• 在多核的场景下，ParNew收集器 相比 Serial收集器更有效率。而且，随着CPU的数量增加，ParNew收集器 的垃圾回收效率呈正比增加。

• 自JDK 9开始，ParNew加CMS收集器的组合就不再是官方 推荐的服务端模式下的收集器解决方案了。还取消了ParNew加 Serial Old以及Serial加CMS这两组收集器组合的支持，并直接取消了- XX：+UseParNewGC参数，这意味着ParNew和CMS从此只能互相搭配使用。

Parallel Scavenge收集器

Parallel Scavenge收集器是新生代收集器，同样使用标记-复制算法，也是并行的执行垃圾回收，执行垃圾回收的过程必须全程冻结用户线程的运行。与ParNew最大的不同，它并不关注如何尽可能地缩短垃圾回收时用户线程的冻结时间，它关注的是垃圾回收的吞吐量。

Parallel Scavenge收集器回收过程如下图所示：
吞吐量公式：

吞吐量 = 运行用户代码时间 /（ 运行用户代码时间 + 垃圾收集时间 ）

特点：

用户线程冻结的时间越短，越适合进行用户交户的程序，快速的响应速度是良好用户体验的基本条件。高吞吐量意味着高效率地利用CPU时间，更快地完成程序的运算任务，因此Parallel Scavenge收集器 适合应用在隐藏在后台运行的运算任务。

Serial Old收集器

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用标记-整理算法。

特点：

• Serial Old收集器 的主要意义跟 Serial收集器 一样，在于给 Client模式 下的虚拟机使用。
• 如果在 Server模式 下，那么它主要还有两大用途：一种用途是在JDK 1.5以及之前的版本中与 Parallel Scavenge收集器 搭配使用，另一种用途就是作为 CMS收集器 的后备预案，在并发收集发生 Concurrent Mode Failure 时使用。

Concurrent Mode Failure发生场景：

1.在执行 CMS GC 的过程中同时用户线程将对象放入老年代，而此时老年代空间不足，这时 CMS 还没有机会回收老年代产生的。

2.在做 Minor GC 的时候，新生代的 Survivor 区 放不下，需要放入老年代，而老年代也放不下而产生的。

Parallel Old收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，支持多线程并发收集，基于标记-整理算法实 现。

CMS收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。

CMS收集器回收过程如下图所示：

整个过程分为四步：

1. 初始标记（initial mark），单线程执行，需要 Stop The World，但仅仅把 GC Roots 的直接关联可达的对象给标记一下，由于直接关联对象比较小，所以这里的速度非常快。

2. 并发标记（concurrent mark），对于初始标记过程所标记的初始标记对象，进行并发追踪标记，此时其他线程仍可以继续工作。此处时间较长，但不停顿。

3. 重新标记（remark），在并发标记的过程中，由于可能还会产生新的垃圾，所以此时需要重新标记新产生的垃圾。此处执行并行标记，与用户线程不并发，所以依然会”Stop The World”，时间比初始标记要长一点。

4. 并发清除（concurrent sweep），并发清除之前所标记的垃圾。其他用户线程仍可以工作，不需要停顿。

整个过程中最耗费时间的并发标记与并发清除阶段，用户线程和垃圾回收线程可以并发执行，因此整体的垃圾回收效率是低停顿的。

缺点：

1. 标记-清除算法会产生内存碎片。

2. CMS收集器 的并发能力依赖于CPU资源。

3. CMS收集器无法处理浮动垃圾，可能出现 Concurrent Mode Failure 失败而导致另一次Full GC的产生。

标记-清除算法 会产生内存碎片，为什么不替换成其他算法？

当执行并发清除的时候，标记-压缩算法将会整理内存碎片，导致用户线程使用的内存空间发生位移，用户线程出错。为了保证用户线程能继续执行，前提条件是运行的资源不受影响。因此标记-清除算法更加合适。

G1收集器

详见：
https://blog.csdn.net/qq_35764295/article/details/126538045

小结

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我曾难自拔于世界之大,也沉迷于其中梦话。