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”，文中的講解內容簡單清晰，易于學習與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學習“怎么理解垃圾收集器”吧！

（一）概述

如果說垃圾收集算法是內存回收的理論，那么垃圾收集器就是內存回收的具體實現。

垃圾收集器目前存在的有很多，但是依舊沒有哪個收集器是萬能的存在，我們只能選擇一個最適合應用的收集器。

下面會介紹目前主流Java虛擬機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。如下圖所示，連線表示可以配合使用。

（二）Serial

Serial是一個單線程的收集器，Serial的特點是它在進行垃圾收集時，必須“Stop the World”，意思就是當這個垃圾收集器開始工作時，必須停止其他所有的工作線程。聽起來似乎很不靠譜，但是對于限定單個CPU的場景下，這種方式簡單而高效。對于簡單的桌面應用，分配給虛擬機的內存不會很大，對于一兩百兆的新生代，Serial的垃圾收集時間可以控制在一百毫秒以內，對于用戶來說基本上是無影響的。

Serial收集器在新生代使用復制算法。

（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依舊需要**“Stop the World”**。ParNew可以使用-XX:ParallelGCThreads參數來限制垃圾收集的線程數量。

ParNew收集器在新生代使用復制算法

（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收集器關注的是一個可控制的吞吐量（Throughput）。所謂吞吐量指的是CPU用于運行代碼的時間和CPU總消耗的時間比例。

吞吐量=運行代碼的時間 /（運行代碼的時間+垃圾收集時間）

理論上吞吐量越高，用戶就越不能感受到停頓時間。

Parallel Scavenge提供了兩個參數用來控制吞吐量： -XX:MaxGCPauseMillis和**-XX:GCTimeRatio**

-XX:MaxGCPauseMillis設置內存回收花費時間最高毫秒值，但是不要一味地認為只要把值設置很小，垃圾回收就更快了。這個停頓時間是以犧牲吞吐量和新生代空間換來的。

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

還有一個參數**-XX:+UseAdaptiveSizePolicy**，打開這個參數后，就不需要自己設置新生代大小、晉升老年代對象年齡等參數，因此Parallel Scavenge收集器也被叫做吞吐量優先垃圾收集器。

Parallel Scavenge采用復制算法。

（五）Serial Old

一聽名字就知道這是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，采用標記-整理算法，也是吞吐量優先。

（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間為目標的收集器。CMS是基于標記-清除算法的老年代垃圾回收器，CMS是目前應用最廣泛的老年代垃圾回收器，它進行垃圾回收分為以下四步：

1、初始標記：標記GC Roots可以直接關聯到的對象，速度很快（stop the world）

2、并發標記：根搜索算法的過程

3、重新標記：為了修正并發標記期間，因程序運行導致標記產生變動的對象。（stop the world）

4、并發清除：清除垃圾

這個過程中耗時最長的是并發標記和并發清除的過程，但是并不會stop the world，而初始標識和重新標記的速度都很快，即使stop the world也不會占用太多時間。

它的優點就是并發收集、并發清除、低停頓。

但是它有三個顯著的缺點：

1、對CPU資源十分敏感，因為并發標記和并發清除都是和程序同時運行，因此會占用CPU導致應用程序變慢。

2、無法處理浮動垃圾，浮動垃圾就是在并發清除過程中新生成的垃圾，這部分垃圾CMS無法在本次被清理，可能出現Concurrent Mode Failed報錯，因此需要預留一定的內存空間，無法等到老年代快被占滿時再清除。默認情況下，CMS在老年代使用了68%后就會被激活。可以設置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction設置這個值。

3、產生空間碎片，由于采用的是標記-清除算法，那就無法避免會產生空間碎片的問題，這會給分配大對象帶來困難。

（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分，但是G1不一樣

堆結構

G1的堆結構就是把一整塊內存區域劃分為多個固定大小的塊，JVM一般把堆劃分為2000個region，然后每個region從1M到32M不等。

內存的分配

所有的region會被劃分為Eden、Survivor、Old和Humongous，其中對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，這個類型主要用來存儲比標準塊大百分之50或者更大的對象。

G1中的YGC

第一次YGC時，Eden塊中存活的對象會被轉移到一個或多個survivor塊中，存活時間達到閾值，這些對象就會晉升到老年代。年輕代 GC 通過多線程并行進行。

此時會有一次 stop the world暫停，會計算出 Eden大小和 survivor 大小，用于下次young GC。統計信息會被保存下來，用于輔助計算size。比如暫停時間之類的指標也會納入考慮。

一旦發生一次新生代回收，整個新生代都會被回收（根據對暫停時間的預測值，新生代的大小可能會動態改變）

G1中的老年代垃圾收集

老年代回收不會回收全部老年代空間，只會選擇一部分收益最高的 Region，回收時一般會搭便車——把待回收的老年代 Region 和所有的新生代 Region 放在一起進行回收，這個過程一般被稱為 Mixed GC

G1中的老年代垃圾收集和CMS收集器很相似

1、初始標記：附加在正常的YGC過程中，標記所有的根。（stop the world）

2、掃描根區域：掃描Survivor Regions中指向老年代的被初始標記標記的引用及引用的對象，這個階段是并發執行的，但是在年輕代GC發生之前必須完成。（stop the world）

3、并發標記：在整個堆中查找活著的元素，此階段可被YGC打斷

4、再次標記：類似CMS的重新標記，處理并發標記階段產生的新的對象引用，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 會識別完全空閑的區域和可供進行混合垃圾回收的區域進行清理。（stop the world）

你可以發現，有四個階段都需要stop the world，為了降低stop the world的時間，G1使用了RSet(Remembered Set)來記錄不同代之間的引用關系。

RSet

RSet記錄了“誰引用了我”，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 時直接將這種引用加入 GC Roots。

RSet的工作原理是這樣的，進行 Young GC 時，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（「誰引用了我」），從而可以避免了掃描整個老年代。進行 Mixed GC 時，「老年代->老年代」之間的引用，可以通過待回收 Region 中的 RSet 記錄獲得，「新生代->老年代」之間的引用通過掃描全部的新生代獲得（前面提到過 Mixed GC 會搭 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”的內容了，經過本文的學習后，相信大家對怎么理解垃圾收集器這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關知識點的文章，歡迎關注！