HotSpot虚拟机提供了多种垃圾收集器,每种收集器都有各自的特点,没有最好的垃圾收集器,只有最适合的垃圾收集器.我们可以根据自己实际的应用需求选择最适合的垃圾收集器.

使用分代垃圾收集器,基于以下观察事实(弱分代假设)

大多数分配对象的存活时间短

存活时间久的对象很少引用存活时间短的对象

由此, HotSpot VM 将堆分为两个物理区空间,这就是分代(永久代只存储元数据, eg. 类的数据结构,保留字符串( Interned String))

根据新生代和老年代各自的特点,我们应该分别为它们选择不同的收集器,以提升垃圾回收效率.

1 Serial

主要应用于Y-GC的垃圾回收器，采用串行单线程方式完成GC任务，其中“Stop The World"简称STW，即垃圾回收的某个阶段会暂停整个应用程序的执行

F-GC的时间相对较长，频繁FGC会严重影响应用程序的性能。

为何会有 STW

除了清除，还要做压缩。怎么才能标记和清除清楚上百万对象呢?

答案就是STW，让全世界停止下来。

Serial 回收流程

单线程 Stop-The-World 式，STW:工作线程全部停止。

单线程

只会使用一个CPU或一条GC线程进行垃圾回收,并且在垃圾回收过程中暂停其他所有的工作线程,从而用户的请求或图形化界面会出现卡顿.

适合Client模式

一般客户端应用所需内存较小,不会创建太多的对象,而且堆内存不大,因此垃圾回收时间比较短,即使在这段时间停止一切用户线程,也不会感到明显停顿.

简单高效

由于Serial收集器只有一条GC线程,避免了线程切换的开销.

采用"复制"算法

2 ParNew垃圾收集器

• ParNew是Serial的多线程版本。
• 

2.1 多线程并行执行

ParNew由多条GC线程并行地进行垃圾清理.但清理过程仍然需要暂停一切其他用户线程.但由于有多条GC线程同时清理,清理速度比Serial有一定的提升.

2.2 适合多CPU的服务器环境

由于使用了多线程,因此适合CPU较多的服务器环境.

• 与Serial性能对比
• ParNew和Serial唯一区别就是使用了多线程进行垃圾回收,在多CPU的环境下性能比Serial会有一定程度的提升;但线程切换需要额外的开销,因此在单CPU环境中表现不如Serial,双CPU环境也不一定就比Serial高效.默认开启的收集线程数与CPU数量相同.

2.3 采用"复制"算法

2.4 追求"降低停顿时间"

和Serial相比,ParNew使用多线程的目的就是缩短垃圾收集时间,从而减少用户线程被停顿的时间.

3 Parallel Scavenge垃圾收集器

Parallel Scavenge和ParNew一样都是并行的多线程、新生代收集器,都使用"复制"算法进行垃圾回收.但它们有个巨大不同点:

ParNew收集器追求降低GC时用户线程的停顿时间,适合交互式应用,良好的反应速度提升用户体验.

Parallel Scavenge追求CPU吞吐量,能够在较短的时间内完成指定任务,因此适合不需要太多交互的后台运算.

吞吐量是指用户线程运行时间占CPU总时间的比例.

CPU总时间包括 : 用户线程运行时间 和 GC线程运行的时间.

因此,吞吐量越高表示用户线程运行时间越长,从而用户线程能够被快速处理完.

降低停顿时间的两种方式

1.在多CPU环境中使用多条GC线程,从而垃圾回收的时间减少,从而用户线程停顿的时间也减少;

2.实现GC线程与用户线程并发执行。所谓并发，就是用户线程与GC线程交替执行，从而每次停顿的时间会减少，用户感受到的停顿感降低，但线程之间不断切换意味着需要额外的开销，从而垃圾回收和用户线程的总时间将会延长。

Parallel Scavenge提供的参数

-XX:GCTimeRadio

直接设置吞吐量大小,GC时间占总时间比率.相当于是吞吐量的倒数.

-XX:MaxGCPauseMillis

设置最大GC停顿时间.

Parallel Scavenge会根据这个值的大小确定新生代的大小.如果这个值越小,新生代就会越小,从而收集器就能以较短的时间进行一次回收;但新生代变小后,回收的频率就会提高,吞吐量也降下来了,因此要合理控制这个值.

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy

通过命令就能开启GC 自适应的调节策略(区别于ParNew).我们只要设置最大堆(-Xmx)和MaxGCPauseMillis或GCTimeRadio,收集器会自动调整新生代的大小、Eden和Survior的比例、对象进入老年代的年龄,以最大程度上接近我们设置的MaxGCPauseMillis或GCTimeRadio.

Parallel Scavenge不能与CMS一起使用。

以下都是老年代垃圾收集器

1 Serial Old垃圾收集器

Serial Old收集器是Serial的老年代版本,它们都是单线程收集器,也就是垃圾收集时只启动一条GC线程,因此都适合客户端应用.

它们唯一的区别就是Serial Old工作在老年代,使用"标记-整理"算法;而Serial工作在新生代,使用"复制"算法.

2 Parallel Old垃圾收集器

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge的老年代版本,一般它们搭配使用,追求CPU吞吐量.

它们在垃圾收集时都是由多条GC线程并行执行,并暂停一切用户线程,使用"标记-整理"算法.因此,由于在GC过程中没有使垃圾收集和用户线程并行执行,因此它们是追求吞吐量的垃圾收集器.

3 CMS垃圾收集器(Concurrent Mark Sweep)

低延迟为先!

回收停顿时间比较短，对许多应用来说，快速响应比端到端的吞吐量更为重要。

管理新生代的方法与 parallel 和 serial 相同。在老年代则尽可能并发执行，每个 GC 周期只有2次短的停顿。

一种追求最短停顿时间的收集器，它在垃圾收集时使得用户线程和GC线程并发执行，因此在GC过程中用户也不会感受到明显卡顿。但用户线程和GC线程之间不停地切换会有额外的开销，因此垃圾回收总时间就会被延长。

垃圾回收过程

前两步需要"Stop The World"

初始标记

停止一切用户线程，仅使用一条初始标记线程对所有与GC Roots直接相关联的对象进行标记，速度很快，因为没啥根对象。

并发标记

使用多条并发标记线程并行执行，并与用户线程并发执行。

此过程进行可达性分析，标记出所有废弃的对象，速度很慢。

就像你麻麻在你屋子里收拾垃圾，并不影响你在屋里继续浪，这里也是新一代的收集器努力优化的地方。

重新标记

显然，你麻麻再怎么努力收垃圾，你的屋子可能还是一堆被你新生的垃圾，漏标了很多垃圾，所以此时必须 STW，停止一切用户线程！

使用多条重新标记线程并行执行，将刚才并发标记过程中新出现的废弃对象标记出来。这个过程的运行时间介于初始标记和并发标记之间。

并发清除

只使用一条并发清除线程，和用户线程们并发执行，清除刚才标记的对象。这个过程非常耗时。

线程角度