JVM之垃圾收集算法及垃圾收集器详解

1、垃圾回收算法

标记清除算法
复制算法
标记压缩算法（Mark-Compact）
分代算法

1.1 标记清除算法

标记清除算法将垃圾回收分为两个阶段：标记阶段和清除阶段。
标记阶段：首先通过根节点，标记所有从根节点开始的可达对象。未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。
清除阶段：清除所有未被标记的对象。
标记清除算法可能产生的最大问题是空间碎片。
注意：标记清除算法先通过根节点标记所有可达对象，然后清除所有不可达对象，完成垃圾回收。

1.2 复制算法

eden ===> from to，就是使用的复制算法
优点：不会产生碎片
缺点：浪费空间

1.3 标记压缩算法

标记压缩算法是一种老年代的回收算法。

1.4 分代收集算法

新生代可以用复制算法。
老年代可以使用标记-清除算法或标记-整理算法。

2、垃圾收集器

串行收集器
并行收集器
CMS
G1

2.1 串行回收器

串行回收器是指使用单线程进行垃圾回收的回收器。

2.1.1 新生代串行回收器

串行回收器主要有两个特点：

它仅仅使用单线程进行垃圾回收
它是独占式的垃圾回收

在串行收集器进行垃圾回收时，Java应用程序中的线程都需要暂停，等待垃圾回收的完成。这种现象称之为Stop-The-World。在实时性要求较高的应用场景中，这种现象往往是不能被接受的。

新生代串行处理器使用复制算法。

使用-XX:+UseSerialGC参数可以指定使用新生代串行收集器和老年代串行收集器。

2.1.2 老年代串行回收器

老年代串行收集器使用的是标记压缩算法。和新生代串行收集器一样，它也是一个串行的、独占式的垃圾回收器。

如果要启动老年代串行回收器，可以尝试使用以下参数：

-XX:+UseSerialGC：新生代、老年代都使用串行回收器
-XX:+UseParNewGC：新生代使用ParNew回收器，老年代使用串行收集器
-XX:+UseParallelGC：新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用串行收集器

2.2 并行收集器

它只是在串行回收器上做了改进，使用多个线程同时进行垃圾回收。

2.2.1 新生代ParNew回收器

它是独占式的。
在并发能力比较强的CPU上，它产生的停顿时间要短于串行回收器，而在单CPU或者并发能力较弱的系统中，并行回收器的效果不会比串行回收器好，由于多线程的压力，它的实际表现很可能比串并回收器差。

启动新生代ParNew回收器：

-XX:+UseParNewGC：新生代使用ParNew回收器，老年代使用串行回收器。
-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用ParNew回收器，老年代使用CMS。

ParNew回收器的线程数量可以通过-XX:ParallelGCThreads参数指定。

2.2.2 新生代ParallelGC回收器

新生代ParallelGC回收器关注系统吞吐量，使用复制算法。

启动新生代ParallelGC回收器：

-XX:+UseParallelGC：新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用串行回收器。
-XX:+UseParallelOldGC：新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用ParallelOldGC。

ParallelGC回收器提供了两个重要的参数用于控制系统的吞吐量：

-XX:MaxGCPauseMillis：设置最大垃圾收集停顿时间
-XX:GCTimeRatio：设置吞吐量大小

这是它与ParNew回收器的一个不同之处，另外一个不同之处是它还支持一种自适应的GC调整策略。使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy可以打开自适应GC策略。

2.2.3 老年代ParallelOldGC回收器

老年代ParallelOldGC回收器也是一种多线程并行的收集器。它也是一种关注吞吐量的收集器。它使用标记压缩算法，它在JDK1.6中才可以使用。

使用-XX:+UseParallelOldGC可以在新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用ParallelOldGC回收器。参数-XX:ParallelGCThreads也可以用于设置垃圾回收时的线程数量。

2.3 CMS收集器

它是非独占的。

与ParallelGC和ParallelOldGC不同，CMS回收器主要关注于系统停顿时间。CMS是Concurrent Mark Sweep的缩写，意为并发标记清除，从名称上就可以得知，它使用的是标记清除算法，同时它又是一个使用多线程并行回收的垃圾回收器。

2.3.1 CMS主要的设置参数

-XX:-CMSPrecleaningEnabled
关闭预清理
-XX:+UseConcMarkSweepGC
启动CMS回收器的参数。CMS是多线程回收器，设置合理的工作线程数量也对系统性能有重要的影响。（同时也表示新生代使用ParNewGC）
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction
指定当老年代空间使用率达到多少时，进行一次CMS垃圾回收。
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
这个开关可以使CMS在垃圾收集完成后，进行一次内存碎片整理，内存碎片的整理不是并发并行的。
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction
可以用于设定进行多少次CMS回收后，进行一次内存压缩。

注意：
并发是指收集器和应用线程交替执行。
并行是指应用程序停止，同时由多个线程一起执行GC。
因此并行回收器不是并发的，因为并行回收器执行时，应用程序完全挂起，不存在交替执行的步骤。CMS回收器是一个关注停顿的垃圾收集器。同时CMS回收器在部分工作流程中，可以与用户程序同时运行，从而降低应用程序的停顿时间。

2.3.2 有关Class的回收

在使用CMS回收器时，如果需要回收Perm区，那么默认情况下，还是需要触发一次Full GC的。如果希望使用CMS回收Perm区，则必须要打开-XX:+CMSClassUnloadingEnabled开关，如果条件允许，那么系统会使用CMS的机制回收Perm区Class数据。

2.4 G1回收器

G1回收器是在JDK1.7中正式使用的全新垃圾回收器，从长期目标来看，它是为了取代CMS回收器。

从分代上看，G1依然属于分代垃圾回收器，它会区分年轻代和老年代，依然有eden区和survivor区，但从堆的结构上看，它并不要求整个eden区，年轻代或者老年代都连续。它使用了分区算法。

作为CMS的长期替代方案，G1同时使用了全新的分区算法，其特点如下：

并行性：G1在回收期间，可以由多个GC线程同时工作，有效利用多核计算能力。
并发性：G1拥有与应用程序交替执行的能力，部分工作可以和应用程序同时执行，因此一般来说，不会在整个回收期间完全阻塞应用程序。
分代GC：G1依然是一个分代收集器，但是和之前回收器不同，它同时兼顾年轻代和老年代。
空间整理：G1在回收过程中，会进行适当的对象移动，不像CMS，只是简单地标记清理对象，在若干次GC后，CMS必须进行一次碎片整理。而G1不同，它每次回收都会有效地复制对象，减少空间碎片。
可预见性：由于分区的原因，G1可以只选取部分区域进行内存回收，这样缩小了回收的范围，因此对于全局停顿也能得到较好的控制。

2.4.1 G1的内存划分和主要收集过程

G1的手机过程可能有4个阶段：

新生代GC
并发标记周期
混合收集
如果需要，可能会进行Full GC