需要提前了解的知識(shí)：
1. JVM內(nèi)存模型
2. JVM垃圾回收算法

HotSpot虛擬機(jī)所有的垃圾收集器如下圖：

上面有7種收集器，分為部分，上面為新生代收集器，下面是老年代收集器。如果兩個(gè)收集器之間存在連線，就說明它們可以搭配使用。

新生代的收集器使用復(fù)制算法，
老年代使用并發(fā)標(biāo)記清除（CMS）或標(biāo)記-整理算法。

Stop The World

Java中Stop-The-World機(jī)制簡稱STW，是在執(zhí)行垃圾收集算法時(shí)，Java應(yīng)用程序的其他所有線程都被掛起（除了垃圾收集幫助器之外）。Java中一種全局暫停現(xiàn)象，全局停頓，所有Java代碼停止，native代碼可以執(zhí)行，但不能與JVM交互。

垃圾收集器

序號(hào)收集器收集范圍算法執(zhí)行類型

1	Serial	新生代	復(fù)制	單線程
2	ParNew	新生代	復(fù)制	多線程并行
3	Parallel	新生代	復(fù)制	多線程并行
4	Serial Old	老年代	標(biāo)記整理	單線程
5	CMS	老年代	標(biāo)記清除	多線程并發(fā)
6	Parallel Old	老年代	標(biāo)記整理	多線程
7	G1	全部	復(fù)制算法，標(biāo)記-整理	多線程

解釋：
并行(Parallel)：多條垃圾收集線程并行工作，而用戶線程仍處于等待狀態(tài)
并發(fā)(Concurrent)：垃圾收集線程與用戶線程一段時(shí)間內(nèi)同時(shí)工作(交替執(zhí)行)

1、Serial(串行GC)收集器

Serial收集器是一個(gè)新生代收集器，單線程執(zhí)行，使用復(fù)制算法。它在進(jìn)行垃圾收集時(shí)，必 須暫停其他所有的工作線程(用戶線程)。是Jvm client模式下默認(rèn)的新生代收集器。對(duì)于限定單個(gè)CPU的環(huán)境來說，Serial收集器由于沒有線程交互的開銷，專心做垃圾收集自然可以獲得最高的單 線程收集效率。

2、ParNew(并行GC)收集器

ParNew收集器其實(shí)就是serial收集器的多線程版本，除了使用多條線程進(jìn)行垃圾收集之外，其余行為與Serial收集器一樣。

3、Parallel Scavenge(并行回收GC)收集器

Parallel Scavenge收集器也是一個(gè)新生代收集器，它也是使用復(fù)制算法的收集器，又是并行多線程收集器。parallel Scavenge收集器的目標(biāo)則是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量。吞吐量= 程序運(yùn)行時(shí)間/(程序運(yùn)行時(shí)間 + 垃圾收集時(shí)間)，虛擬機(jī)總共運(yùn)行了100分鐘。其中垃圾收集花掉1分鐘，那吞吐量就是99%。

使用如下2個(gè)參數(shù)進(jìn)行控制吞吐量
1. -XX:MaxGCPauseMillis
MaxGCPauseMillis參數(shù)允許的值是一個(gè)大于0的毫秒數(shù)，收集器將盡力保證內(nèi)存回收花費(fèi)的時(shí)間不超過設(shè)定值。
2. -XX:GCTimeRatio
GCTimeRatio參數(shù)的值應(yīng)當(dāng)是一個(gè)大于0小于100的整數(shù)，也就是垃圾收集時(shí)間占總時(shí)間的比率，相當(dāng)于是吞吐量的倒數(shù)。如果把此參數(shù)設(shè)置為19，那允許的最大GC時(shí)間就占總時(shí)間的5%（即1 /（1+19）），默認(rèn)值為99，就是允許最大1%（即1 /（1+99））的垃圾收集時(shí)間。

示意圖和ParNew類似（參見圖2）。

4、Serial Old(串行GC)收集器

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，它同樣使用一個(gè)單線程執(zhí)行收集，使用“標(biāo)記-整理”算法。主要使用在Client模式下的虛擬機(jī)。如果在Server模式下，它主要還有兩大用途：一個(gè)是在JDK 1.5及之前的版本中與Parallel Scavenge收集器搭配使用，另外一個(gè)就是作為CMS收集器的后備預(yù)案。如果CMS收集器出現(xiàn)Concurrent Mode Failure，則Serial Old收集器將作為后備收集器。

詳見圖1 老年的收集

5、Parallel Old(并行GC)收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和“標(biāo)記-整理”算法。

6、CMS(并發(fā)GC)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收集器是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的，整個(gè)收集過程大致分為4個(gè)步驟：
1. 初始標(biāo)記(CMS initial mark)
2. 并發(fā)標(biāo)記(CMS concurrenr mark)
3. 重新標(biāo)記(CMS remark)
4. 并發(fā)清除(CMS concurrent sweep)

其中初始標(biāo)記、重新標(biāo)記這兩個(gè)步驟任然需要停頓其他用戶線程。初始標(biāo)記僅僅只是標(biāo)記出GC ROOTS能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快，并發(fā)標(biāo)記階段是進(jìn)行GC ROOTS 根搜索算法階段，會(huì)判定對(duì)象是否存活。而重新標(biāo)記階段則是為了修正并發(fā)標(biāo)記期間，因用戶程序繼續(xù)運(yùn)行而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄，這個(gè)階段的停頓時(shí)間會(huì)被初始標(biāo)記階段稍長，但比并發(fā)標(biāo)記階段要短。

由于整個(gè)過程中耗時(shí)最長的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除過程中，收集器線程都可以與用戶線程一起工作，所以整體來說，CMS收集器的內(nèi)存回收過程是與用戶線程一起并發(fā)執(zhí)行的。

CMS收集器的優(yōu)點(diǎn)：并發(fā)收集、低停頓，但是CMS還遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到完美，器主要有三個(gè)顯著缺點(diǎn)：

CMS收集器對(duì)CPU資源非常敏感。
在并發(fā)階段，雖然不會(huì)導(dǎo)致用戶線程停頓，但是會(huì)占用CPU資源而導(dǎo)致引用程序變慢，總吞吐量下降。CMS默認(rèn)啟動(dòng)的回收線程數(shù)是：(CPU數(shù)量+3)/4。（建議CPU個(gè)數(shù)最少4個(gè)）。

無法處理浮動(dòng)垃圾
在做垃圾回收的過程中會(huì)產(chǎn)生新的垃圾（并行執(zhí)行），所以需要預(yù)留一部分空間給用戶線程使用。
可以使用-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction（jdk1.6 默認(rèn)為92%）參數(shù)來設(shè)置，預(yù)留多少空間開始做GC。如果在垃圾回收的過程中，剩余空間不足仍然滿足不了用戶線程生成對(duì)象所需要的空間，就會(huì)出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”失敗，這時(shí)候虛擬機(jī)將啟動(dòng)后備預(yù)案：臨時(shí)啟用Serial Old收集器來重新進(jìn)行老年代的垃圾收集，這樣停頓時(shí)間就很長了。

CMS是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的收集器，使用“標(biāo)記-清除”算法收集后，會(huì)產(chǎn)生大量碎片。
空間碎片太多時(shí)，將會(huì)給對(duì)象分配帶來很多麻煩，比如說大對(duì)象，內(nèi)存空間找不到連續(xù)的空間來分配不得不提前觸發(fā)一次Full GC。為了解決這個(gè)問題，CMS收集器提供了一個(gè)-XX:UseCMSCompactAtFullCollection開關(guān)參數(shù)，用于在Full GC之后增加一個(gè)碎片整理過程，還可通過-XX:CMSFullGCBeforeCompaction參數(shù)設(shè)置執(zhí)行多少次不壓縮的Full GC之后，跟著來一次碎片整理過程。

7、G1收集器
G1（Garbage First）垃圾回收器是用在heap memory很大的情況下，把heap劃分為很多很多的region塊，然后并行的對(duì)其進(jìn)行垃圾回收。
G1垃圾回收器在清除實(shí)例所占用的內(nèi)存空間后，還會(huì)做內(nèi)存壓縮。
G1垃圾回收器回收region的時(shí)候基本不會(huì)STW，而是基于 most garbage優(yōu)先回收 的策略來對(duì)region進(jìn)行垃圾回收的。

結(jié)果如下圖：

一個(gè)region有可能屬于Eden，Survivor或者Tenured內(nèi)存區(qū)域。圖中的E表示該region屬于Eden內(nèi)存區(qū)域，S表示屬于Survivor內(nèi)存區(qū)域，T表示屬于Tenured內(nèi)存區(qū)域。圖中空白的表示未使用的內(nèi)存空間。G1垃圾收集器還增加了一種新的內(nèi)存區(qū)域，叫做Humongous內(nèi)存區(qū)域，如圖中的H塊。這種內(nèi)存區(qū)域主要用于存儲(chǔ)大對(duì)象-即大小超過一個(gè)region大小的50%的對(duì)象。

年輕代垃圾收集

在G1垃圾收集器中，年輕代的垃圾回收過程使用復(fù)制算法。把Eden區(qū)和Survivor區(qū)的對(duì)象復(fù)制到新的Survivor區(qū)域。
如下圖：

老年代垃收集

對(duì)于年老代上的垃圾收集，G1垃圾收集器也分為4個(gè)階段，基本跟CMS垃圾收集器一樣，但略有不同：

Initial Mark階段 - 同CMS垃圾收集器的Initial Mark階段一樣，G1也需要暫停應(yīng)用程序的執(zhí)行，它會(huì)標(biāo)記從根對(duì)象出發(fā)，在根對(duì)象的第一層孩子節(jié)點(diǎn)中標(biāo)記所有可達(dá)的對(duì)象。但是G1的垃圾收集器的Initial Mark階段是跟minor gc一同發(fā)生的。也就是說，在G1中，你不用像在CMS那樣，單獨(dú)暫停應(yīng)用程序的執(zhí)行來運(yùn)行Initial Mark階段，而是在G1觸發(fā)minor gc的時(shí)候一并將年老代上的Initial Mark給做了。

Concurrent Mark階段 - 在這個(gè)階段G1做的事情跟CMS一樣。但G1同時(shí)還多做了一件事情，就是如果在Concurrent Mark階段中，發(fā)現(xiàn)哪些Tenured region中對(duì)象的存活率很小或者基本沒有對(duì)象存活，那么G1就會(huì)在這個(gè)階段將其回收掉，而不用等到后面的clean up階段。這也是Garbage First名字的由來。同時(shí),在該階段，G1會(huì)計(jì)算每個(gè) region的對(duì)象存活率，方便后面的clean up階段使用 。

Remark階段 - 在這個(gè)階段G1做的事情跟CMS一樣, 但是采用的算法不同，G1采用一種叫做SATB(snapshot-at-the-begining)的算法能夠在Remark階段更快的標(biāo)記可達(dá)對(duì)象。

Clean up/Copy階段 - 在G1中，沒有CMS中對(duì)應(yīng)的Sweep階段。相反 它有一個(gè)Clean up/Copy階段，在這個(gè)階段中,G1會(huì)挑選出那些對(duì)象存活率低的region進(jìn)行回收，這個(gè)階段也是和minor gc一同發(fā)生的,如下圖所示：

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與50位技術(shù)專家面對(duì)面20年技術(shù)見證，附贈(zèng)技術(shù)全景圖

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的JVM（HotSpot） 垃圾收集器的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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