JVM垃圾回收器

1、GC垃圾回收器分类

• 按线程数量区分：串行垃圾回收器和并行垃圾回收器
  并行垃圾回收器：是通过多个垃圾回收线程并行执行，可使用多个CPU同时执行垃圾回收操作，提升了应用吞吐量，但是和串行回收一样，都会遵循“Stop The World”机制。
  串行垃圾回收器：是单线程执行垃圾回收，且只允许有一个CPU用于垃圾回收操作，此时用户线程会暂停，直至垃圾收集工作结束。串行和并行的区别在于在垃圾回收期间内，用户暂停的时间长短差异。如图:
  
• 按工作模式区分：并发式垃圾回收器和独占式垃圾回收器
  并发式垃圾回收器：可以和应用程序线程交互工作，以最大限度减少应用程序的停顿时间。
  独占式垃圾回收器：一旦运行，就会停止应用程序中所有的用户线程，直到垃圾回收完全结束。如图：
  
• 按碎片处理方式区分：压缩式垃圾回收器和非压缩式垃圾回收器
  压缩式垃圾回收器会在回收完成以后，对内存中存活对象进行压缩整理，然后消除回收的碎片。
  非压缩式垃圾回收器，不对存活对象进行整理操作。
• 按工作的内存区间分：年轻代垃圾回收器和老年代垃圾回收器

2、7款经典垃圾收集器

• 串行回收器：Serial、Serial Old

• 并行回收器：ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old

• 并发回收器：CMS、G1

• 垃圾回收器在年轻代和老年代中的关系：
  

• 垃圾收集器的组合：
  

1. 两个收集器之间有连线，说明它们可以搭配使用：
   Serial/Serial Old、Serial/CMS、ParNew/Serial Old、ParNew/CMS、Parallel Scavenge/Serial Old、Parallel Scavenge/Parallel Old、G1
2. 其中Serial Old是作为CMS出现"Concurrent Mode Failure"失败后的预案。
3. （红色虚线)由于维护和兼容性测试成本，在JDK 8已经将Serial+CMS、ParNew+Serial Old这2个组合声明废弃，在JDK9已经完全移除该组合。
4. （绿色虚线）JDK 14中，已经弃用了Parallel Scavenge和SerialOld GC组合
5. （青色虚线）JDK 14中，已经删除CMS垃圾回收器

3、垃圾回收器详解

3.1、Serial回收器：串行回收

• Serial收集器是最基本的垃圾收集器，在JDK 1.3之前回收新生代的唯一选择。
• Serial收集器作为HotSpot中Client模式下的默认新生代垃圾h收集器。
• Serial收集器采用复制算法、串行回收和“Stop-the-World”机制的方式进行内存回收。
• 除了年轻代，Serial收集器还提供用于老年代垃圾收集的Serial Old收集器。Serial Old 收集器同样采用串行回收和“Stop the World”机制，内存回收算法采用的是标记-压缩算法。
• Serial Old 是运行在Client模式下默认的老年代垃圾回收器
• Serial Old 在Server模式下主要有2个用途：①和新生代的Parallel Scavenge配合使用 ②作为老年代CMS收集器的后备垃圾收集方案。
  如图，Serial、Serial Old回收器垃圾回收过程：
  
  Serial收集器作为一个单线程的垃圾回收器，说明它只能使用一个cpu或一条收集线程进行垃圾收集工作，而且它必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集工作结束。

优点：没有线程的交互开销，专心垃圾收集，获取最高的单线程收集效率。
缺点：暂停工作线程，系统容易出现卡顿。

3.2、ParNew回收器：并行回收

• ParNew收集器是Serial收集器的多线程版本，可以有多个垃圾回收线程同时运行进行回收，这样Stop The World的世界会更短，但实际上用户线程同样需要暂停。

• ParNew收集器在年轻代中，采用的也是复制算法、"Stop The World"机制。

• ParNeW是很多JVM运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。

• 对于新生代而言，回收次数频繁，使用并行方式高效、
• 对于老年代而言，回收次数少，使用串行方式节省资源。
• ParNew收集器是基于并行回收，其回收效率也不一定会比Serial收集器要高。ParNew是运行在多CPU环境下，可以充分利用多CPU、多核心的硬件资源优势，更加快速地完成垃圾收集，提升程序的吞吐量。
• 但是在单个CPU环境下，ParNew收集器不比Serial收集器更高效，因为Serial是基于串行回收的，不需要频繁地在cpu上做任务切换，可以有效避免多线程交互而产生的额外开销。
• 除了Serial以外，ParNew GC还可以和CMS收集器配合工作
• 可以通过-XX:+UseParNewGC手动指定使用ParNew收集器进行执行内存回收任务。它代表的是年轻代使用并行收集器，不影响老年代。
• -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量，默认开启和CPU数据相同的线程数。

3.3、Parallel Scavenge回收器：吞吐量优先（Java 8默认的垃圾收集器）

• Parallel Scavenge收集器采用复制算法、并行回收和"Stop The World"机制
• 可控制吞吐量，可以自行调节参数来控制以及一个自适应的策略。
• 和ParNew收集器不同，Parallel Scavenge收集器的目标是为了达到一个可控制的吞吐量。
• Parallel收集器在JDK 1.6时提供了用于执行老年代垃圾收集的Parallel Old收集器，用来代替老年代的Serial Old 收集器。
• Parallel Old 收集器采用的是标记-压缩算法，但是同样也是基于并行回收和"Stop The World"机制。

• 参数配置：
• -XX:+UseParallelGC 手动指定年轻代使用Parallel并行收集器执行内存回收任务。
• -XX:+UseParallelOldGC 手动指定老年代都是使用并行回收收集器
  分别适用于新生代和老年代，在jdk 8中默认开启。上面2个参数，默认开启一个，另一个也会被开启（互相激活）
• -XX:ParallelGCThreads 设置年轻代并行收集器的线程数。一般来说，最好和CPU的数量相等，避免过多的线程数量影响垃圾收集性能。
  默认情况下，当CPU数量小于8，ParallelGCThreads的值等于cpu数量。当CPU的数量大于8时，ParallelGCThreads的值等于3+[5*cpu_count/8]
• -XX:MaxGCPauseMillis 设置垃圾收集器最大停顿时间（即STW的时间，单位是毫秒）
  为了尽可能把停顿时间控制在MaxGCPauseMillis以内，收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他参数。而对于用户来说，该停顿时间越短，体验越好，但是在服务器端，更加注重高并发和整体的吞吐量。所以服务器端适合Parallel，进行控制。使用该参数需要谨慎！！！！
• XX:GCTimeRatio 垃圾收集时间占总时间的比例，用于衡量吞吐量大小。
  取值范围（0-99），默认值99，也就是垃圾回收时间不超过1%。与前一个-XX:MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性，暂停时间越长，Radio参数就容易超过限定的比例
• -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 设置Parallel Scavenge收集器具有自适应调节策略
  在该模式下，年轻代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年代的对象等参数会被自动调整，已达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点
  在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目标的吞吐量（GCTimeRatio)和停顿时间MaxGCPauseMillis，让虚拟机自己完成调优工作