一文弄清Java的经典垃圾收集器

Java垃圾收集器发展至今，已经出现了很多的优秀的垃圾收集器，这里整理的是平时常见经受过考验的垃圾收集器。

上图是经典的几个垃圾收集器，上面属于新生代，下面属于老年代，而其中G1的内存划分不是依据新生代和老年代来划分的。

两个重要概念：

并行：垃圾收集器可以开启多个垃圾收集线程并行进行标记、清理等处理。

并发：垃圾收集器的标记、清理线程和用户线程同时运行。

这两个概念会在讲具体的垃圾收集器中展示。

Serial是最早、最基础的垃圾收集器，并且是单线程，实现也比较简单。

分新生代、老年代处理：

Serial：新生代收集器，单线程，采用标记-复制算法。

Serial Old：老年代收集器，单线程，采用标记-整理算法。

运行示意图：

优点：简单、高效（相对于其他单线程），额外内存消耗最小（对服务器内存不充足的，同时对停顿要求低的可以用。）

缺点：停顿时间长；

由于简单高效并且占用内存小，所以Serial仍然是HotSpot虚拟机运行在客户端模式下的默认新生代收集器。

新生代收集器，Serial的多线程并行版本，行为与Serial一致，同时使用多条垃圾收集线程进行垃圾收集。

特点：除了Serial收集器外，只有它能与CMS收集器配合工作。

ParNew是收集器激活CMS(使用-XX: UseConcMarkSweepGC)的默认新生代收集器。-XX: /-UseParNewGC强制指定或者禁用（已失效，目前PaeNew只能与CMS搭配使用，或者说被并入了CMS，成为HotSpot虚拟机第一款退出历史舞台的垃圾收集器）。

运行示意图：

分两类：新生代收集器Parallel Scavenge,老年代Parallel Old。

1、新生代Parallel

并行的垃圾收集器，目的不是垃圾收集时的用户线程停顿时间，而是达到一个可控制的吞吐量。

吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间 运行垃圾收集时间）

三个重要参数：-XX:MaxGCPauseMmillis(最大垃圾收集停顿时间)

-XX:GCTimeRatio(设置吞吐量)

-XX:-UseAdaptiveSizePolicy(使用自适应)

通过设置这三个参数，垃圾收集器可以自行的根据系统分配新生代、Eden、Survivor比例、晋升老年代对象大小等这些参数了。

2、老年代Parallel Old

是Parallel Scavenge的老年代，多线程并行，都是注重吞吐量的。在注重吞吐量或者处理器资源较为稀缺的场合可以优先考虑Parallel Scavenage和Parallel Old组合。

Parallel运行示意图：

老年代收集器，标记-清除算法，获取最短回收停顿时间为目标，一般用于服务器端上比较关注服务响应速度的地方。

4个步骤：1、初始标记，2并发标记，3、重新标记，4、并发清除。

1、初始标记：标记GC Roots能直接关联到的对象。

2、并发标记：用户线程和上一步找到的对象的标记过程并发执行。

3、重新标记：修改在上一步用户线程运行过程中导致的引用链变化。

4、并发清除：用户线程和清理线程并发执行。

执行示意图如下图：

优点：可以从上图看出只有初始标记和重新标记会暂停用户线程，停顿时间少。

缺点：

1、用户程序可能变慢，存在用户线程和收集线程并发执行的过程，如果处理器核心少会会使这个时间段用户程序响应变慢。CMS默认启动回收线程数是（处理器核心数 3）/4。

2、可能造成"浮动垃圾"，可能会清理垃圾过后还是内存不足，会触发Full GC。（并发标记的问题，下一篇文章仔细分析）

3、并发执行，预留用户线程使用内存。同样由于在清理过程中用户线程还在运行，所以要预留一部分内存给用户线程，通过设置参数-XX:CMSInitiationgOccupancyFraction来调整内存占用达到多大比例的时候触发回收。如果设置的太小，触发回收的可能性就很大，如果设置的太大，剩余的内存太少，会造成在回收的过程中用户线程没有足够可用内存，这时就只能暂停用户线程，然后启用Serial Old重新进行老年代垃圾回收。那么用户停顿的时间就会更长了。所以就需要我们根据实际情况来权衡设置。

4、空间碎片，如果空间碎片太多,使新加入老年代的对象没有足够的空间，就会触发Full GC。

不再是之前的分新生代、老年代内存划分方式，而是划分成一个一个大小相等的独立区域，通过-XX:G1HeapRegionSize来设置大小，将Region作为单次回收的最小单元。

G1是垃圾收集技术发展的里程碑成果，JDK9发布时，G1取代了Parallel Scavenage 加Parallel Old组合，成为服务器模式下的默认垃圾收集器，而CMS成为不推荐使用的收集器。

根据回收所获得的空间以及所需时间的经验值，根据记录两个值来判断哪个区域最具有回收价值，所以叫Garbage First。

G1运行示意图

特点：

1、用户指定期望的停顿的时间，根据用户指定的停顿时间来选择合适数量的Region去回收。

2、不再追求清除整个Java的堆的垃圾。而是追求垃圾收集的速度能跟的上对象分配的速度。

这几个收集器从简单到复杂，都是为了对垃圾收集这个过程的优化，从这几个收集器的发展看：Serial->Parallel -> Concurrent Mark Sweep(CMS)->Garbage (G1)。

对应的处理逻辑整理的优化过程：单线程->GC并行->GC并行 与用户线程并发->GC并行 与用户线程并发 更小更灵活的分区。

收集器的发展都是围绕着标记和清除两个步骤在优化，进一步的减低停顿时间，不过可以看出直到现在仍然没有办法彻底消除停顿时间。尤其是发展到后面CMS和G1收集器充分在并行和并发上优化，使逻辑越来越复杂，但是还是不得不出现停顿时间，不过他们的优化已经很极致了，后面专门来分析这两个收集器。

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