面試官常問的垃圾回收器有哪些

這篇文章主要介紹“面試官常問的垃圾回收器有哪些”，在日常操作中，相信很多人在面試官常問的垃圾回收器有哪些問題上存在疑惑，小編查閱了各式資料，整理出簡(jiǎn)單好用的操作方法，希望對(duì)大家解答”面試官常問的垃圾回收器有哪些”的疑惑有所幫助！接下來，請(qǐng)跟著小編一起來學(xué)習(xí)吧！

JVM堆內(nèi)存概覽

在聊垃圾回收器之前，我們先來看看JVM堆內(nèi)存的區(qū)域劃分是怎么樣的，看下圖

•  因?yàn)樘摂M機(jī)使用的垃圾回收算法是分代收集算法，所以堆內(nèi)存被分為了新生代和老年代

•  新生代使用的垃圾回收算法是復(fù)制算法，所以新生代又被分為了 Eden 和Survivor；空間大小比例默認(rèn)為8:2

•  Survivor又被分為了S0、S1，這兩個(gè)的空間大小比例為1:1

內(nèi)存分配以及垃圾回收

  1.  對(duì)象優(yōu)先在Eden區(qū)進(jìn)行分配，如果Eden區(qū)滿了之后會(huì)觸發(fā)一次Minor GC

  2.  Minor GC之后從Eden存活下來的對(duì)象將會(huì)被移動(dòng)到S0區(qū)域，當(dāng)S0內(nèi)存滿了之后又會(huì)被觸發(fā)一次Minor GC，S0區(qū)存活下來的對(duì)象會(huì)被移動(dòng)到S1區(qū)，S0區(qū)空閑；S1滿了之后在Minor GC，存活下來的再次移動(dòng)到S0區(qū)，S1區(qū)空閑，這樣反反復(fù)復(fù)GC，每GC一次，對(duì)象的年齡就漲一歲，默認(rèn)達(dá)到15歲之后就會(huì)進(jìn)入老年代，對(duì)于晉身到老年代的年齡閾值可以通過參數(shù) -XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置

  3.  在Minor GC之后需要的發(fā)送晉身到老年代的對(duì)象沒有空間安置，那么就會(huì)觸發(fā)Full GC (這步非絕對(duì)，視垃圾回收器決定)

Minor GC和Full GC的區(qū)別：Minor GC是指發(fā)生在新生代的垃圾收集行為，由于對(duì)象優(yōu)先在Eden區(qū)分配，并且很多對(duì)象都是朝生夕死，所以觸發(fā)的頻率相對(duì)較高；由于采用的復(fù)制算法，所以一般回收速度非?？臁ull GC是指發(fā)生在老年代的垃圾收集行為，F(xiàn)ull GC的速度一般會(huì)比Minor GC慢10倍以上；所以不能讓JVM頻繁的發(fā)生Full GC

為了能夠更好的適應(yīng)不同程序的內(nèi)存情況，JVM也不一定要求必須達(dá)到年齡15歲才能晉身到老年代，如果在Survivor區(qū)中相同年齡的所有對(duì)象大小總和大于Survivor區(qū)空間的一半，年齡大于或者等于這個(gè)年齡的對(duì)象將會(huì)直接進(jìn)入到老年代

Full GC觸發(fā)條件

•  代碼中調(diào)用System.gc()

•  老年代空間不足/滿了

•  持久區(qū)空間不足/滿了

注意：大對(duì)象會(huì)直接在老年代分配內(nèi)存，可以通過參數(shù)-XX:PretenureSizeThreshold控制對(duì)象的大小，通常遇到的大對(duì)象是很長的字符串或者數(shù)組，如果分配了一大群大對(duì)象只是臨時(shí)使用，生命很短暫，那么就會(huì)頻繁的發(fā)生Full GC，但是此時(shí)的新生代的空間還有空閑；寫代碼的時(shí)候，這種情況應(yīng)該避免，特別是在創(chuàng)建數(shù)組的時(shí)候要當(dāng)心

空間擔(dān)保

在新生代發(fā)生Minor GC的時(shí)候，JVM會(huì)先檢查老年代中可分配的連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象的總和，如果大于，那么本次Minor GC就可以安全的執(zhí)行；如果不大于，那么JVM會(huì)先去檢查參數(shù)HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許空間擔(dān)保失敗，如果允許，JVM會(huì)繼續(xù)檢查老年代可分配的連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代對(duì)象的平均大小，如果大于，盡管這次Minor GC是有風(fēng)險(xiǎn)的，JVM也會(huì)嘗試一次Minor GC；如果不允許擔(dān)保失敗，那么JVM直接進(jìn)行Full GC

雖然擔(dān)保有可能會(huì)失敗，導(dǎo)致饒一圈才能進(jìn)行GC，但是還是建議把這個(gè)參數(shù)打開，可以避免JVM頻繁的Full GC

垃圾回收器概覽

從上圖可以看出：

•  新生代可以使用的垃圾回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge

•  老年代可以適用的垃圾回收器：CMS、Serial Old、Parallel Old

•  G1回收器適用于新生代和老年代

•  相互之間有連線的表示可以配合使用

  CMS和Serial Old同為老年代回收器，為何相互會(huì)有連線呢？

Serial收集器

這是個(gè)單線程收集器，發(fā)展歷史最悠久的收集器，當(dāng)它在進(jìn)行垃圾收集工作的時(shí)候，其他線程都必須暫停直到垃圾收集結(jié)束（Stop The World）。

雖然Serial收集器存在Stop The World的問題，但是在并行能力較弱的單CPU環(huán)境下往往表現(xiàn)優(yōu)于其他收集器；因?yàn)樗?jiǎn)單而高效，沒有多余的線程交互開銷；Serial對(duì)于運(yùn)行在Client模式下的虛擬機(jī)來說是個(gè)很好的選擇

使用-XX:+UseSerialGC參數(shù)可以設(shè)置新生代使用這個(gè)Serial收集器

ParNew收集器

ParNew收集器是Serial收集器的多線程版本；除了使用了多線程進(jìn)行垃圾收集以外，其他的都和Serial一致；它默認(rèn)開始的線程數(shù)與CPU的核數(shù)相同，可以通過參數(shù)-XX:ParallelGCThreads來設(shè)置線程數(shù)。

從上面的圖可以看出，能夠與CMS配合使用的收集器，除了Serial以外，就只剩下ParNew，所以ParNew通常是運(yùn)行在Server模式下的首選新生代垃圾收集器

使用-XX:+UseParNewGC參數(shù)可以設(shè)置新生代使用這個(gè)并行回收器

Parallel Scavenge收集器

Parallel Scavenge收集器依然是個(gè)采用復(fù)制算法的多線程新生代收集器，它與其他的收集器的不同之處在于它主要關(guān)心的是吞吐量，而其他的收集器關(guān)注的是盡可能的減少用戶線程的等待時(shí)間（縮短Stop The World的時(shí)間）。吞吐量=用戶線程執(zhí)行時(shí)間/(用戶線程執(zhí)行時(shí)間+垃圾收集時(shí)間)，虛擬機(jī)總共運(yùn)行100分鐘，其中垃圾收集花費(fèi)時(shí)間1分鐘，那么吞吐量就是 99%

停頓時(shí)間越短適合需要和用戶進(jìn)行交互的程序，良好的響應(yīng)能夠提升用戶的體驗(yàn)。而高效的吞吐量可以充分的利用CPU時(shí)間，盡快的完成計(jì)算任務(wù)，所以Parallel Scavenge收集器適用于后臺(tái)計(jì)算型任務(wù)程序。

-XX:MaxGCPauseMillis可以控制垃圾收集的最大暫停時(shí)間，需要注意不要以為把這個(gè)時(shí)間設(shè)置的很小就可以減少垃圾收集暫用的時(shí)間，這可能會(huì)導(dǎo)致發(fā)生頻繁的GC，反而降低了吞吐量

-XX:GCTimeRatio設(shè)置吞吐量大小，參數(shù)是取值范圍0-100的整數(shù)，也就是垃圾收集占用的時(shí)間，默認(rèn)是99，那么垃圾收集占用的最大時(shí)間 1%

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 如果打開這個(gè)參數(shù)，就不需要用戶手動(dòng)的控制新生代大小，晉升老年代年齡等參數(shù)，JVM會(huì)開啟GC自適應(yīng)調(diào)節(jié)策略

Serial Old收集器

Serial Old收集器也是個(gè)單線程收集器，適用于老年代，使用的是標(biāo)記-整理算法，可以配合Serial收集器在Client模式下使用。

它可以作為CMS收集器的后備預(yù)案，如果CMS出現(xiàn)Concurrent Mode Failure，則SerialOld將作為后備收集器。（后面CMS詳細(xì)說明）

Parallel Old收集器

Parallel Old收集器可以配合Parallel Scavenge收集器一起使用達(dá)到“吞吐量?jī)?yōu)先”，它主要是針對(duì)老年代的收集器，使用的是標(biāo)記-整理算法。在注重吞吐量的任務(wù)中可以優(yōu)先考慮使用這個(gè)組合

-XX:+UseParallelOldGc設(shè)置老年代使用該回收器。

XX:+ParallelGCThreads設(shè)置垃圾收集時(shí)的線程數(shù)量。

CMS收集器

CMS收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，在互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)站、B/S架構(gòu)的中常用的收集器就是CMS，因?yàn)橄到y(tǒng)停頓的時(shí)間最短，給用戶帶來較好的體驗(yàn)。

-XX:+UseConcMarkSweepGC設(shè)置老年代使用該回收器。

-XX:ConcGCThreads設(shè)置并發(fā)線程數(shù)量。

CMS采用的是標(biāo)記-清除算法，主要分為了4個(gè)步驟：

•  初始化標(biāo)記

•  并發(fā)標(biāo)記

•  重新標(biāo)記

•  并發(fā)清除

初始化標(biāo)記和重新標(biāo)記這兩個(gè)步驟依然會(huì)發(fā)生Stop The World，初始化標(biāo)記只是標(biāo)記GC Root能夠直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度較快，并發(fā)標(biāo)記能夠和用戶線程并發(fā)執(zhí)行；重新標(biāo)記是為了修正在并發(fā)標(biāo)記的過程中用戶線程產(chǎn)生的垃圾，這個(gè)時(shí)間比初始化標(biāo)記稍長，比并發(fā)標(biāo)記短很多。整個(gè)過程請(qǐng)看下圖

優(yōu)點(diǎn)

•  CMS是一款優(yōu)秀的收集器，它的主要優(yōu)點(diǎn)：并發(fā)收集、低停頓，因此CMS收集器也被稱為并發(fā)低停頓收集器（Concurrent Low Pause Collector）。

缺點(diǎn)

•  CMS收集器對(duì)CPU資源非常敏感。 在并發(fā)階段，它雖然不會(huì)導(dǎo)致用戶線程停頓，但會(huì)因?yàn)檎加昧艘徊糠志€程（或者說CPU資源）而導(dǎo)致應(yīng)用程序變慢，總吞吐量會(huì)降低。CMS默認(rèn)啟動(dòng)的回收線程數(shù)是（CPU數(shù)量+3）/4，也就是當(dāng)CPU在4個(gè)以上時(shí)，并發(fā)回收時(shí)垃圾收集線程不少于25%的CPU資源，并且隨著CPU數(shù)量的增加而下降。但是當(dāng)CPU不足4個(gè)時(shí)（比如2個(gè)），CMS對(duì)用戶程序的影響就可能變得很大，如果本來CPU負(fù)載就比較大，還要分出一半的運(yùn)算能力去執(zhí)行收集器線程，就可能導(dǎo)致用戶程序的執(zhí)行速度忽然降低了50%，其實(shí)也讓人無法接受。

•  無法處理浮動(dòng)垃圾。 由于CMS并發(fā)清理階段用戶線程還在運(yùn)行著，伴隨程序運(yùn)行自然就還會(huì)有新的垃圾不斷產(chǎn)生。這一部分垃圾出現(xiàn)在標(biāo)記過程之后，CMS無法再當(dāng)次收集中處理掉它們，只好留待下一次GC時(shí)再清理掉。這一部分垃圾就被稱為“浮動(dòng)垃圾”。也是由于在垃圾收集階段用戶線程還需要運(yùn)行，那也就還需要預(yù)留有足夠的內(nèi)存空間給用戶線程使用，因此CMS收集器不能像其他收集器那樣等到老年代幾乎完全被填滿了再進(jìn)行收集，回收閥值可以通過參數(shù)-XX:CMSInitiatingoccupancyFraction來設(shè)置；如果回收閥值設(shè)置的太大，在CMS運(yùn)行期間如果分配大的對(duì)象找不到足夠的空間就會(huì)出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”失敗，這時(shí)候會(huì)臨時(shí)啟動(dòng)SerialOld GC來重新進(jìn)行老年代的收集，這樣的話停頓的時(shí)間就會(huì)加長。

•  標(biāo)記-清除算法導(dǎo)致的空間碎片 CMS是一款基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的收集器，這意味著收集結(jié)束時(shí)會(huì)有大量空間碎片產(chǎn)生?？臻g碎片過多時(shí)，將會(huì)給大對(duì)象分配帶來很大麻煩，往往出現(xiàn)老年代空間剩余，但無法找到足夠大連續(xù)空間來分配當(dāng)前對(duì)象。為了解決這個(gè)問題CMS提供了一個(gè)參數(shù)-XX:+UseCMSCompactAtFullCollecion，如果啟用，在Full GC的時(shí)候開啟內(nèi)存碎片整理合并過程，由于內(nèi)存碎片整理的過程無法并行執(zhí)行，所以停頓的時(shí)間會(huì)加長?？紤]到每次FullGC都要進(jìn)行內(nèi)存碎片合并不是很合適，所以CMS又提供了另一個(gè)參數(shù)-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction來控制執(zhí)行多少次不帶碎片整理的FullGC之后，來一次帶碎片整理GC

G1收集器

G1是一款面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾回收器。

•  并行與并發(fā)：與CMS類似，充分里用多核CPU的優(yōu)勢(shì)，G1仍然可以不暫停用戶線程執(zhí)行垃圾收集工作

•  分代收集：分代的概念依然在G1保留，當(dāng)時(shí)它不需要和其他垃圾收集器配合使用，可以獨(dú)立管理整個(gè)堆內(nèi)存

•  空間的整合：G1整體上采用的是標(biāo)記-整理算法，從局部（Region）采用的是復(fù)制算法，這兩種算法都意味著G1不需要進(jìn)行內(nèi)存碎片整理

•  可預(yù)測(cè)的停頓：能夠讓用戶指定在時(shí)間片段內(nèi)，消耗在垃圾收集的時(shí)間不超過多長時(shí)間。

Region

雖然在G1中依然保留了新生代和老年代的概念，但是采用的是一種完全不同的方式來組織堆內(nèi)存，它把整個(gè)堆內(nèi)存分割成了很多大小相同的區(qū)域（Region），并且新生代和老年代在物理上也不是連續(xù)的內(nèi)存區(qū)域，請(qǐng)看下圖：

每個(gè)Region被標(biāo)記了E、S、O和H，其中H是以往算法中沒有的，它代表Humongous，這表示這些Region存儲(chǔ)的是巨型對(duì)象，當(dāng)新建對(duì)象大小超過Region大小一半時(shí)，直接在新的一個(gè)或多個(gè)連續(xù)Region中分配，并標(biāo)記為H。Region區(qū)域的內(nèi)存大小可以通過-XX:G1HeapRegionSize參數(shù)指定，大小區(qū)間只能是2的冪次方，如：1M、2M、4M、8M

G1的GC模式

•  新生代GC：與其他新生代收集器類似，對(duì)象優(yōu)先在eden region分配，如果eden region內(nèi)存不足就會(huì)觸發(fā)新生代的GC，把存活的對(duì)象安置在survivor region，或者晉升到old region

•  混合GC：當(dāng)越來越多的對(duì)象晉升到了old region，當(dāng)老年代的內(nèi)存使用率達(dá)到某個(gè)閾值就會(huì)觸發(fā)混合GC，可以通過參數(shù)-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent設(shè)置閾值百分比，此參數(shù)與CMS中-XX:CMSInitiatingoccupancyFraction的功能類似；混合GC會(huì)回收新生代和部分老年代內(nèi)存，注意是部分老年代而不是全部老年代；G1會(huì)跟蹤每個(gè)Region中的垃圾回收價(jià)值，在用戶指定的垃圾收集時(shí)間內(nèi)優(yōu)先回收價(jià)值最大的region

•  Full GC：如果對(duì)象內(nèi)存分配速度過快，混合GC還未回收完成，導(dǎo)致老年代被填滿，就會(huì)觸發(fā)一次full gc，G1的full gc算法就是單線程執(zhí)行的serial old gc，此過程與CMS類似，會(huì)導(dǎo)致異常長時(shí)間的暫停時(shí)間，盡可能的避免full gc. 

到此，關(guān)于“面試官常問的垃圾回收器有哪些”的學(xué)習(xí)就結(jié)束了，希望能夠解決大家的疑惑。理論與實(shí)踐的搭配能更好的幫助大家學(xué)習(xí)，快去試試吧！若想繼續(xù)學(xué)習(xí)更多相關(guān)知識(shí)，請(qǐng)繼續(xù)關(guān)注億速云網(wǎng)站，小編會(huì)繼續(xù)努力為大家?guī)砀鄬?shí)用的文章！