深入理解JVM（3）——GC垃圾回收（2）——4大垃圾回收算法和7大垃圾收集器

2022-10-29 15:57:28

1.垃圾回收算法

1.1 标记-清除算法

标记-清除算法是现代垃圾回收算法的思想基础。
标记-清除算法将垃圾回收分为两个阶段：
- 标记阶段：首先通过根节点，标记所有从根节点开始可达的对象，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
此种方法的两个问题：
- 效率问题
  - 标记和清除两个过程的效率都不高
- 空间问题：
  - 标记清除之后会产生大量不连续的内存碎片，空间碎片太多会导致以后在程序运行过程中需要分配较大的对象时，无法找到足够的连续内存而不得不提前触发另一次垃圾收集动作。

1.2 复制s

2.垃圾收集器

2.1 概述

问题1：垃圾回收算法和垃圾回收器有什么关系？
垃圾回收算法是垃圾回收的方法论，垃圾收集器是垃圾回收算法的具体实现
问题2：为什么有这么多种垃圾回收器？
Java虚拟机规范中对垃圾收集器应该如何实现并没有任何规定，
因此不同厂商、不同版本的虚拟机所提供的垃圾收集器都有可能有很大差别
目前为止，还没有完美的收集器出现，Java的应用场景很多，没有万能的收集器能解决所有应用场景，只是针对具体应用选择最合适的收集器，进行分代收集

2.2 七大垃圾收集器

代码后结果的参数提前说明：

DefNew：Defalut New Generation，默认新生代

Tenured：Old，老年代

ParNew：Parallel New Generation，在新生代用并行回收

PSYoungGen：Parallel Scavenge

ParOldGen：Parallel Old Generation，在老年代用并行回收

JVM中Server/Client分别是什么意思：

适用范围：只需要掌握Server模式，Client基本不会用

操作系统：

32位Window操作系统，不论硬件如何都默认使用Client的JVM模式

32位其他操作系统，2G内存同时有2个CPU以上使用的是Server模式，低于该配置还是Client模式

64位的操作系统都是Server模式

2.2.1 新生代垃圾收集器

（1）Serial收集器（新生代串行GC/Servial Copying）

它是最早使用的一个收集器，在JDK1.3.1之前是唯一的选择
一个单线程的收集器：即在垃圾回收的时候只会使用一个CPU或一个收集线程完成垃圾回收工作
在进行垃圾收集的时候，必须暂停其他所有的工作线程直到它收集结束
如图：
一对一:新生代和老年代都为单线程
说明：STW即为Stop The World，即暂停所有应用程序线程

优点：

简单而高效
对于限定单个CPU环境来说，没有线程交互的开销可以获得最高的单线程垃圾收集效率

缺点：

收集期间需要暂停所有应用线程，用户体验不好

应用场景：

Java虚拟机运行在Client模式下默认的新生代垃圾收集器

对应JVM参数是：-XX:+UseSerialGC

当我们使用此参数开启Serial，老年代默认会开启Serial Old
- 即开启后会使用：Serial（Young区用）+Serial Old（Old区用）的收集器组合
- 表示新生代和老年代都会使用串行回收收集器
新生代使用复制算法，老年代使用标记-整理算法

示例代码演示：

import java.util.Random;

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=====GCDemo,Hello====");
        try {
            String str = "GCDemo";
            while (true){
                str += str + new Random().nextInt(77777777) + new Random().nextInt(88888888);
                str.intern();
            }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

配置JVM参数：

结论：DefNew+Tenured

（2）ParNew（新生代并行GC）

使用多线程进行垃圾回收
在进行垃圾收集的时候，必须暂停其他所有的工作线程直到它收集结束
如图：
ParNew收集器其实是Serial收集器新生代的并行多线程版本

应用场景：

最常见的应用场景是配合老年代的CMS GC工作，其余的行为和Serial收集器完全一样
它是很多Java虚拟机运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器

对应JVM参数是：-XX:+UseParNewGC

启用ParNewGC收集器，只影响新生代的收集，不影响老年代
开启后会使用：ParNew（Young区用）+Serial Old（Old区用）的收集器组合
新生代使用复制算法，老年代使用标记-整理算法

备注：

-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量，默认开启和CPU数目相同的线程数

示例代码演示：

import java.util.Random;

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=====GCDemo,Hello====");
        try {
            String str = "GCDemo";
            while (true){
                str += str + new Random().nextInt(77777777) + new Random().nextInt(88888888);
                str.intern();
            }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

配置JVM参数：

结论：ParNew+Tenured，但是这种组合已经不再推荐被使用

（3）Parallel（并行回收GC/Parallel Scavenge）

Parallel Scavenge收集器类似ParNew也是一个新生代垃圾收集器
使用复制算法
也是一个并行的多线程的垃圾收集器，俗称吞吐量优先收集器
多对多：新生代和老年代均为多线程

有了ParNew为什么还要Parallel？

Parallel重点关注的是：可控制的吞吐量
- 吞吐量=运行用户代码的时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间）
- 即比如程序运行100分钟，垃圾收集时间位1分钟，吞吐量为99%
- 高吞吐量意味着高效利用CPU的时间，它多用于在后台运算而不需要太多交互的任务
  - 比如你在前台下个单，它停顿来算，交互性差，而对于科学计算，它自己在后台计算，停顿一会我们也不知道，但是它高效利用了CPU
自适应调节策略也是Parallel Scavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别
- 自适应调节策略：虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间（-XX:MaxGCPauseMillis）或最大的吞吐量

对应JVM参数是：-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseParallelOldGC（可互相激活，即配置其中一个，另一个会自动连带激活）

备注：

-XX:ParallelGCThreads=数字N 表示启动多少个GC线程
cpu>8： N=5/8
cpu<8： N=实际个数

示例代码演示：

import java.util.Random;

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=====GCDemo,Hello====");
        try {
            String str = "GCDemo";
            while (true){
                str += str + new Random().nextInt(77777777) + new Random().nextInt(88888888);
                str.intern();
            }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

配置JVM参数：

结论：PSYoungGen+ParOldGen

2.2.2 老年代垃圾收集器

（1）Parallel Old收集器

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge的老年代版本
使用多线程的标记-整理算法
Parallel Old收集器在JDK1.6才开始提供
- 在JDK1.6之前，新生代使用ParallelScavenge收集器只能搭配老年代的Serial Old收集器，只能保证新生代的吞吐量优先，无法保证整体的吞吐量
Parallel Old正是为了在老年代同样提供吞吐量优先的垃圾收集器，如果系统对吞吐量要求较高，JDK1.8后可以优先考虑新生代Parallel Scavenge和老年代Parallel Old收集器的搭配策略

对应JVM参数是：-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseParallelOldGC（可互相激活，即配置其中一个，另一个会自动连带激活）

示例代码演示1：

import java.util.Random;

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=====GCDemo,Hello====");
        try {
            String str = "GCDemo";
            while (true){
                str += str + new Random().nextInt(77777777) + new Random().nextInt(88888888);
                str.intern();
            }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

配置JVM参数：

结论：PSYoungGen+ParOldGen

示例代码演示2：

import java.util.Random;

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("=====GCDemo,Hello====");
        try {
            String str = "GCDemo";
            while (true){
                str += str + new Random().nextInt(77777777) + new Random().nextInt(88888888);
                str.intern();
            }
        }catch (Throwable e){
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

配置JVM参数：

不配置垃圾回收器的任何参数

结论：系统默认是PSYoungGen+ParOldGen

（2）CMS收集器（并发标记清除GC）

CMS收集器（Concurrent Mark Sweep：并发标记清除）
是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器

应用场景：

适合应用在互联网站或者B/S系统的服务器上
这类应用尤其重视服务器的响应速度，希望系统停顿时间最短
CMS非常适合堆内存大、CPU核数多的服务器端应用，也是G1出现之前大型应用的首选收集器

码农公寓

1.垃圾回收算法

1.1 标记-清除算法

2.垃圾收集器

2.1 概述

2.2 七大垃圾收集器

2.2.1 新生代垃圾收集器

（1）Serial收集器（新生代串行GC/Servial Copying）

（2）ParNew（新生代并行GC）

（3）Parallel（并行回收GC/Parallel Scavenge）

2.2.2 老年代垃圾收集器

（1）Parallel Old收集器

（2）CMS收集器（并发标记清除GC）

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