怎么理解垃圾收集器

這篇文章主要講解了“怎么理解垃圾收集器”，文中的講解內(nèi)容簡(jiǎn)單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請(qǐng)大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來(lái)研究和學(xué)習(xí)“怎么理解垃圾收集器”吧！

（一）概述

如果說(shuō)垃圾收集算法是內(nèi)存回收的理論，那么垃圾收集器就是內(nèi)存回收的具體實(shí)現(xiàn)。

垃圾收集器目前存在的有很多，但是依舊沒(méi)有哪個(gè)收集器是萬(wàn)能的存在，我們只能選擇一個(gè)最適合應(yīng)用的收集器。

下面會(huì)介紹目前主流Java虛擬機(jī)中所采用的七種垃圾收集器： Serial、parNew、ParallelScavenge、SerialOld、ParallelOld、CMS、G1 上述垃圾收集器有些適用于新生代，有些適用于老年代，有些在新生代和老年代都適應(yīng)。如下圖所示，連線表示可以配合使用。

（二）Serial

Serial是一個(gè)單線程的收集器，Serial的特點(diǎn)是它在進(jìn)行垃圾收集時(shí)，必須“Stop the World”，意思就是當(dāng)這個(gè)垃圾收集器開(kāi)始工作時(shí)，必須停止其他所有的工作線程。聽(tīng)起來(lái)似乎很不靠譜，但是對(duì)于限定單個(gè)CPU的場(chǎng)景下，這種方式簡(jiǎn)單而高效。對(duì)于簡(jiǎn)單的桌面應(yīng)用，分配給虛擬機(jī)的內(nèi)存不會(huì)很大，對(duì)于一兩百兆的新生代，Serial的垃圾收集時(shí)間可以控制在一百毫秒以內(nèi)，對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)基本上是無(wú)影響的。

Serial收集器在新生代使用復(fù)制算法。

（三）ParNew

ParNew垃圾收集器是Serial的多線程版本，使用多條線程進(jìn)行垃圾收集。除此之外，和Serial基本相同，ParNew在多線程收集垃圾時(shí)依舊需要**“Stop the World”**。ParNew可以使用-XX:ParallelGCThreads參數(shù)來(lái)限制垃圾收集的線程數(shù)量。

ParNew收集器在新生代使用復(fù)制算法

（四）Parallel Scavenge

Parallel Scavenge也是新生代收集器，也同樣是多線程的收集器，但是和ParNew不同，Parallel Scavenge收集器關(guān)注的是一個(gè)可控制的吞吐量（Throughput）。所謂吞吐量指的是CPU用于運(yùn)行代碼的時(shí)間和CPU總消耗的時(shí)間比例。

吞吐量=運(yùn)行代碼的時(shí)間 /（運(yùn)行代碼的時(shí)間+垃圾收集時(shí)間）

理論上吞吐量越高，用戶就越不能感受到停頓時(shí)間。

Parallel Scavenge提供了兩個(gè)參數(shù)用來(lái)控制吞吐量： -XX:MaxGCPauseMillis和**-XX:GCTimeRatio**

-XX:MaxGCPauseMillis設(shè)置內(nèi)存回收花費(fèi)時(shí)間最高毫秒值，但是不要一味地認(rèn)為只要把值設(shè)置很小，垃圾回收就更快了。這個(gè)停頓時(shí)間是以犧牲吞吐量和新生代空間換來(lái)的。

-XX:GCTimeRatio表示垃圾收集時(shí)間占總時(shí)間的比例，（1~100），也就是吞吐量的倒數(shù)。默認(rèn)這個(gè)值是99，就是允許最大百分之1的垃圾手機(jī)時(shí)間（1/(1+99)）。

還有一個(gè)參數(shù)**-XX:+UseAdaptiveSizePolicy**，打開(kāi)這個(gè)參數(shù)后，就不需要自己設(shè)置新生代大小、晉升老年代對(duì)象年齡等參數(shù)，因此Parallel Scavenge收集器也被叫做吞吐量?jī)?yōu)先垃圾收集器。

Parallel Scavenge采用復(fù)制算法。

（五）Serial Old

一聽(tīng)名字就知道這是Serial收集器的老年代版本，是單線程收集器，采用標(biāo)記-整理算法，其余的和新Serial基本相同。

（六）Parallel Old

Parallel Scavenge收集器的老年版本，多線程收集器，采用標(biāo)記-整理算法，也是吞吐量?jī)?yōu)先。

（七）CMS收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）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。CMS是基于標(biāo)記-清除算法的老年代垃圾回收器，CMS是目前應(yīng)用最廣泛的老年代垃圾回收器，它進(jìn)行垃圾回收分為以下四步：

1、初始標(biāo)記：標(biāo)記GC Roots可以直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快（stop the world）

2、并發(fā)標(biāo)記：根搜索算法的過(guò)程

3、重新標(biāo)記：為了修正并發(fā)標(biāo)記期間，因程序運(yùn)行導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的對(duì)象。（stop the world）

4、并發(fā)清除：清除垃圾

這個(gè)過(guò)程中耗時(shí)最長(zhǎng)的是并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除的過(guò)程，但是并不會(huì)stop the world，而初始標(biāo)識(shí)和重新標(biāo)記的速度都很快，即使stop the world也不會(huì)占用太多時(shí)間。

它的優(yōu)點(diǎn)就是并發(fā)收集、并發(fā)清除、低停頓。

但是它有三個(gè)顯著的缺點(diǎn)：

1、對(duì)CPU資源十分敏感，因?yàn)椴l(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除都是和程序同時(shí)運(yùn)行，因此會(huì)占用CPU導(dǎo)致應(yīng)用程序變慢。

2、無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾，浮動(dòng)垃圾就是在并發(fā)清除過(guò)程中新生成的垃圾，這部分垃圾CMS無(wú)法在本次被清理，可能出現(xiàn)Concurrent Mode Failed報(bào)錯(cuò)，因此需要預(yù)留一定的內(nèi)存空間，無(wú)法等到老年代快被占滿時(shí)再清除。默認(rèn)情況下，CMS在老年代使用了68%后就會(huì)被激活。可以設(shè)置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction設(shè)置這個(gè)值。

3、產(chǎn)生空間碎片，由于采用的是標(biāo)記-清除算法，那就無(wú)法避免會(huì)產(chǎn)生空間碎片的問(wèn)題，這會(huì)給分配大對(duì)象帶來(lái)困難。

（八）G1

上面的垃圾回收器基本上都是按新生代和老年代去區(qū)分，但是G1不一樣

堆結(jié)構(gòu)

G1的堆結(jié)構(gòu)就是把一整塊內(nèi)存區(qū)域劃分為多個(gè)固定大小的塊，JVM一般把堆劃分為2000個(gè)region，然后每個(gè)region從1M到32M不等。

內(nèi)存的分配

所有的region會(huì)被劃分為Eden、Survivor、Old和Humongous，其中對(duì)Eden、Survivor和Old的理解用其他垃圾回收器去理解，這里多了一種類型Humongous，這個(gè)類型主要用來(lái)存儲(chǔ)比標(biāo)準(zhǔn)塊大百分之50或者更大的對(duì)象。

G1中的YGC

第一次YGC時(shí)，Eden塊中存活的對(duì)象會(huì)被轉(zhuǎn)移到一個(gè)或多個(gè)survivor塊中，存活時(shí)間達(dá)到閾值，這些對(duì)象就會(huì)晉升到老年代。年輕代 GC 通過(guò)多線程并行進(jìn)行。

此時(shí)會(huì)有一次 stop the world暫停，會(huì)計(jì)算出 Eden大小和 survivor 大小，用于下次young GC。統(tǒng)計(jì)信息會(huì)被保存下來(lái)，用于輔助計(jì)算size。比如暫停時(shí)間之類的指標(biāo)也會(huì)納入考慮。

一旦發(fā)生一次新生代回收，整個(gè)新生代都會(huì)被回收（根據(jù)對(duì)暫停時(shí)間的預(yù)測(cè)值，新生代的大小可能會(huì)動(dòng)態(tài)改變）

G1中的老年代垃圾收集

老年代回收不會(huì)回收全部老年代空間，只會(huì)選擇一部分收益最高的 Region，回收時(shí)一般會(huì)搭便車——把待回收的老年代 Region 和所有的新生代 Region 放在一起進(jìn)行回收，這個(gè)過(guò)程一般被稱為 Mixed GC

G1中的老年代垃圾收集和CMS收集器很相似

1、初始標(biāo)記：附加在正常的YGC過(guò)程中，標(biāo)記所有的根。（stop the world）

2、掃描根區(qū)域：掃描Survivor Regions中指向老年代的被初始標(biāo)記標(biāo)記的引用及引用的對(duì)象，這個(gè)階段是并發(fā)執(zhí)行的，但是在年輕代GC發(fā)生之前必須完成。（stop the world）

3、并發(fā)標(biāo)記：在整個(gè)堆中查找活著的元素，此階段可被YGC打斷

4、再次標(biāo)記：類似CMS的重新標(biāo)記，處理并發(fā)標(biāo)記階段產(chǎn)生的新的對(duì)象引用，這階段使用了SATB（snapshot-at-the-beginning）算法，該算法比CMS中所采用的快很多。（stop the world）

5、清理階段：G1 GC 會(huì)識(shí)別完全空閑的區(qū)域和可供進(jìn)行混合垃圾回收的區(qū)域進(jìn)行清理。（stop the world）

你可以發(fā)現(xiàn)，有四個(gè)階段都需要stop the world，為了降低stop the world的時(shí)間，G1使用了RSet(Remembered Set)來(lái)記錄不同代之間的引用關(guān)系。

RSet

RSet記錄了“誰(shuí)引用了我”，RSet記錄了以下兩種引用：

1、老年代 Region 間的引用

2、老年代 Region 到新生代 Region 的引用，Young GC 時(shí)直接將這種引用加入 GC Roots。

RSet的工作原理是這樣的，進(jìn)行 Young GC 時(shí)，選擇新生代所在的 Region 作為 GC Roots，這些 Region 中的 RSet 記錄了老年代->新生代的的跨代引用（「誰(shuí)引用了我」），從而可以避免了掃描整個(gè)老年代。進(jìn)行 Mixed GC 時(shí)，「老年代->老年代」之間的引用，可以通過(guò)待回收 Region 中的 RSet 記錄獲得，「新生代->老年代」之間的引用通過(guò)掃描全部的新生代獲得（前面提到過(guò) Mixed GC 會(huì)搭 Young GC 的便車），也不需要掃描全部老年代。總之，引入 RSet 后，GC 的堆掃描范圍大大減少了。

感謝各位的閱讀，以上就是“怎么理解垃圾收集器”的內(nèi)容了，經(jīng)過(guò)本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對(duì)怎么理解垃圾收集器這一問(wèn)題有了更深刻的體會(huì)，具體使用情況還需要大家實(shí)踐驗(yàn)證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的文章，歡迎關(guān)注！