JVM的GC實現詳解
目錄
- 收集器：
- 串行收集器：Serial收集器
- 並行收集器
- CMS收集器
新生代中的98%對象都是“朝生夕死”的，所以並不需要按照1:1的比例來劃分內存空間，而是將內存分為一塊比較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden和其中一塊Survivor。當回收時，將Eden和Survivor中還存活著的對象一次性地復制到另外一塊Survivor空間上，最後清理掉Eden和剛才用過的Survivor空間。HotSpot虛擬機默認Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是說，每次新生代中可用內存空間為整個新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空間會被浪費。
當然，98%的對象可回收只是一般場景下的數據，我們沒有辦法保證每次回收都只有不多於10%的對象存活，當Survivor空間不夠用時，需要依賴於老年代進行分配擔保，所以大對象直接進入老年代。
堆的結構如下圖所示：
垃圾收集器：
如果說收集算法是內存回收的方法論，那麽垃圾收集器就是內存回收的具體實現。
雖然我們在對各種收集器進行比較，但並非為了挑出一個最好的收集器。因為直到現在位置還沒有最好的收集器出現，更加沒有萬能的收集器，所以我們選擇的只是對具體應用最合適的收集器。
收集器：
- 串行收集器
- 並行收集器
- CMS收集器
串行收集器：Serial收集器
- 最古老，最穩定
- 簡單而高效
- 可能會產生較長的停頓
- -XX:+UseSerialGC
新生代、老年代都會使用串行回收
新生代復制算法
老年代標記-整理
總結：Serial收集器對於運行在Client模式下的虛擬機來說是一個很好的選擇。
這個收集器是一個單線程的收集器，但它的單線程的意義並不僅僅說明它只會使用一個CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它進行垃圾收集時，必須暫停其他所有的工作線程，直到它收集結束。收集器的運行過程如下圖所示：
並行收集器
1、ParNew收集器：
- ParNew收集器其實就是Serial收集器新生代的並行版本。
- 多線程，需要多核支持。
- -XX:+UseParNewGC
新生代並行
老年代串行
- -XX:ParallelGCThreads 限制線程數量
2、Parallel Scanvenge收集器：
- 類似ParNew，但更加關註吞吐量
- -XX:+UseParallelGC 使用Parallel Scanvenge收集器：新生代並行，老年代串行
3、Parallel Old收集器：
- Parallel Old收集器是Parallel Scanvenge收集器的老年代版本
- -XX:+UseParallelGC 使用Parallel Old收集器：新生代並行，老年代並行
如下圖所示：
各種參數設置：
- -XX:MaxGCPauseMills
最大停頓時間，單位毫秒
GC盡力保證回收時間不超過設定值
- -XX:GCTimeRatio
0-100的取值範圍
垃圾收集時間占總時間的比
默認99，即最大允許1%時間做GC
註：這兩個參數是矛盾的。因為停頓時間和吞吐量不可能同時調優。我們一方買希望停頓時間少，另外一方面希望吞吐量高，其實這是矛盾的。因為：在GC的時候，垃圾回收的工作總量是不變的，如果將停頓時間減少，那頻率就會提高；既然頻率提高了，說明就會頻繁的進行GC，那吞吐量就會減少，性能就會降低。
吞吐量：CPU用於用戶代碼的時間/CPU總消耗時間的比值，即=運行用戶代碼的時間/(運行用戶代碼時間+垃圾收集時間)。比如，虛擬機總共運行了100分鐘，其中垃圾收集花掉1分鐘，那吞吐量就是99%。
註2：以上所有的收集器當中，當執行GC時，都會stop the world，但是下面的CMS收集器卻不會這樣。
CMS收集器
CMS收集器（Concurrent Mark Sweep：並發標記清除）是一種以獲取最短回收停頓時間為目標的收集器。適合應用在互聯網站或者B/S系統的服務器上，這類應用尤其重視服務器的響應速度，希望系統停頓時間最短。
- Concurrent Mark Sweep 並發標記清除，並發低停頓
- 標記-清除算法
- 並發階段會降低吞吐量（因為停頓時間減少了，於是GC的頻率會變高）
- 老年代收集器（新生代使用ParNew）
- -XX:+UseConcMarkSweepGC 打開這收集器
註：這裏的並發指的是與用戶線程一起執行。
CMS收集器運行過程：（著重實現了標記的過程）
（1）初始標記
根可以直接關聯到的對象
速度快
（2）並發標記（和用戶線程一起）
主要標記過程，標記全部對象
（3）重新標記
由於並發標記時，用戶線程依然運行，因此在正式清理前，再做修正
（4）並發清除（和用戶線程一起）
基於標記結果，直接清理對象
整個過程如下圖所示：
其中，初始標記和重新標記時，需要stop the world。
整個過程中耗時最長的是並發標記和並發清理，這兩個過程都可以和用戶線程一起工作。
CMS收集器特點：
（1）盡可能降低停頓
（2）會影響系統整體吞吐量和性能
比如，在用戶線程運行過程中，分一半CPU去做GC，系統性能在GC階段，反應速度就下降一半
（3）清理不徹底
因為在清理階段，用戶線程還在運行，會產生新的垃圾，無法清理
（4）因為和用戶線程一起運行，不能在空間快滿時再清理
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction設置觸發GC的閾值
如果不幸內存預留空間不夠，就會引起concurrent mode failure，我們需要使用串行收集器作為後備。
既然標記清除算法會造成內存空間的碎片化，CMS收集器為什麽使用標記清除算法而不是使用標記整理算法：
答案：CMS收集器更加關註停頓，它在做GC的時候是和用戶線程一起工作的（並發執行），如果使用標記整理算法的話，那麽在清理的時候就會去移動可用對象的內存空間，那麽應用程序的線程就很有可能找不到應用對象在哪裏。
為了解決碎片的問題，CMS收集器會有一些整理上的參數。
整理時的各種參數：
- -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection
Full GC後，進行一次整理。整理過程是獨占的，會引起停頓時間變長
- -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction
設置進行幾次Full GC後，進行一次碎片整理
- -XX:ParallelCMSThreads
設定CMS的線程數量
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JVM的GC實現詳解