JVM知識總結-GC收集器
阿新 • • 發佈：2018-12-03
JVM垃圾收集器目前實現有以下幾類：
- 新生代收集器：Serial, ParNew, Parallel Scavenge;
- 老年代收集器：CMS, Serial Old, Parallel Old;
- 跨界收集器：G1
如下圖所示，存在連線線的收集器表示可以搭配使用(圖引自《深入理解JVM虛擬機器》)
垃圾收集場景下的併發和並行
- 並行(Parallel)：多條垃圾收集執行緒並行工作，但使用者執行緒處於等待狀態；
- 併發(Concurrent)：使用者執行緒與垃圾收集執行緒同時執行，但並不一定是並行，也可能是交替執行，使用者程式和垃圾收集執行在不同的CPU上；
收集器介紹
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Serial收集器：僅僅使用一個執行緒去進行垃圾收集工作，且垃圾收集執行緒工作時，需要暫停使用者正常工作的執行緒，即STOP THE WORLD，適用於單CPU的場景，client模式下JVM預設新生代收集器;
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ParNew收集器：Serial收集器的多執行緒版，Server模式JVM新生代預設收集器，一般與CMS搭配使用;
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Parallel Scanvenge收集器：多執行緒並行新生代收集器，與ParNew的區別在於此收集器更加關注對系統吞吐量的提升，吞吐量=使用者執行緒執行時間/系統執行總時間，比較適合用在CPU密集型的應用程式上；
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Serial Old收集器：Serial收集器的老年代版本，使用標記-整理演算法，主要用於client模式下，可以與Parallel Scanvenge收集器搭配使用；
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Parallel Old收集器：Parallel Scanvenge的老年代版本，使用標記-整理演算法，與Parallel Scanvenge搭配使用；
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CMS收集器：以獲取最短回收停頓時間為目標的收集器，使用標記-清除演算法，每個回收週期可總結為以下六步：
- 初始標記：需要STW，但僅標記與GC ROOTS能直接關聯到的物件，因此耗時很短；
- 併發標記：不需要STW，使用一個或多個程序進行GC ROOTS Tracing，耗時較長；
- 再次併發標記：不需要STW，使用一個程序進行GC ROOTS tracing，彌補上個步驟執行時物件的變化；
- 重新標記：需要STW，主要是對併發標記期間程式執行物件發生變動的補充，停頓時間比初始標記稍長，但也遠短於併發標記；
- 併發清除：不需要STW，使用一個程序不可達物件進行回收，耗時較長；
- 重置：不需要STW，使用一個程序resize heap區域，併為下次週期準備資料；
cms收集器有以下缺點： - 對CPU資源敏感，由於佔用了一部分執行緒資源會導致應用程式執行變慢，雖然使用增量式併發收集器(Incremental-CMS)解決執行緒獨佔的問題，讓收集執行緒和應用程式執行緒交替執行，但效果一般，且官文明確表示該模式會在未來版本中被移除；
- 無法處理浮動垃圾(Floating Garbage)，即在垃圾清理的過程中，依然會有垃圾物件產生，這部分垃圾物件被稱為浮動垃圾，因此CMS收集器需要在老年代為應用程式預留足夠的空間備用，而不能等到老年代幾乎被塞滿後再執行，1.6中CMS的預設啟動閾值為92%，當CMS執行時預留的記憶體無法滿足應用程式使用，會丟擲"Concurrent Mode Failure"，VM將啟用Serial Old收集器來重新進行老年代的垃圾收集
- 由於使用的是標記-清理演算法，因此會產生大量的空間碎片，當碎片過多無法儲存大物件時，就會觸發full GC，CMS提供了兩個引數，UseCMSCompactAtFullCollection和CMSFullGCsBeforeCompation，前者指定在full GC時進行碎片整理，後者指定每隔幾次full GC會進行一次碎片整理，預設值為0；
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G1收集器：官方最先進的垃圾收集技術，G1將java堆劃分為多個大小相等的獨立區域(Region)，雖然還保留新生代、老年代的概念，但不再物理隔離，他們都是一部分Region(不需要連續)的集合具備如下特點：
- 並行與併發：充分利用多CPU的硬體優勢，縮短STW時間；
- 分代收集：使用不同的方式收集新建物件、熬過多次GC的舊物件獲取更好的收集效果；
- 空間整合：整體看來G1是基於標記-整理演算法的，收集期間不會產生記憶體空間碎片；
- 可預測的停頓：G1可以建立可預測的停頓時間模型，能讓使用者指定M毫秒內垃圾收集時間不超過N毫秒，G1在後臺維護一個有限列表跟蹤每個Region的回收價值，每次根據允許的垃圾收集時間優先回收價值最大的Region；
G1需要解決的問題：
G1"化整為零的"方式，給垃圾回收時的可達性分析帶來了麻煩，因為一個Region裡的物件可能和其他所有Region中的物件有引用關係，為了避免全堆掃描，G1使用Remembered Set記錄物件的引用資訊，在進行記憶體回收時加入Remembered Set即可不進行全堆掃描並不會有遺漏； G1的執行步驟： - 初始標記：需要STW，標記GC Roots能直接關聯到的物件，並修改TAMS(Next Top at Mark Start)值，讓下一階段使用者程式執行時在正確的Region中建立物件；
- 併發標記：不需要STW，進行GC Tracing可達性分析，耗時較長；
- 最終標記：需要STW，對併發標記的遺漏進行補充，並將此期間內物件的變化記錄到Remembered Set Logs，併合併到Remembered Set中；
- 篩選回收：對各個Region的回收價值排序，根據使用者期望的GC停頓時間制定回收計劃，可以與使用者程式併發執行，但停頓使用者執行緒會大幅提高回收效率；