搞定JVM系列（三）：JVM垃圾收集器

上文的垃圾回收策略可以看作是内存回收的抽象策略，而垃圾收集器是内存回收的具体实现，这里我们只讨论HotSpot虚拟机。

垃圾收集器有很多种，常见的有：串行收集器、并行收集器、并发收集器、CMS收集器以及最新的G1收集器。重点为CMS收集器和G1收集器。

1、Serial 收集器（串行收集器）

这是一个单线程收集器。意味着它只会使用一个 CPU 或一条收集线程去完成收集工作，并且在进行垃圾回收时必须暂停其它所有的工作线程直到收集结束（ “Stop The World” ：将用户正常工作的线程全部暂停掉）。

新生代采用复制算法和老年代采用标记-整理算法，都是采用的Serial收集器。特点：

1. 针对新生代的收集器；
2. 采用复制算法；
3. 单线程收集；
4. 进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程，直到完成，即会"Stop The World"。

2、ParNew 收集器

ParNew收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，除了使用多线程进行垃圾收集外，其余行为（控制参数、收集算法、回收策略等等）和Serial收集器完全一样。

3、Parallel Scavenge 收集器

Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器，它也是使用复制算法的收集器，又是并行的多线程收集器。Parallel Scavenge收集器关注点是吞吐量（如何高效率的利用CPU），而CMS等垃圾收集器的关注点更多的是用户线程的停顿时间（提高用户体验）。特点：

1. 新生代收集器；
2. 采用复制算法；
3. 多线程收集；
4. 目标则是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）。

4、Serial Old 收集器

收集器的老年代版本，单线程，使用标记整理算法。

5、Parallel Old 收集器

收集器的老年代版本。多线程，使用标记整理算法。

6、CMS 收集器（重点重点）

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。它非常适合在注重用户体验的应用上使用，基于 标记清除 算法实现。CMS是HotSpot在JDK1.5推出的第一款真正意义上的并发（Concurrent）收集器，第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程（基本上）同时工作。

特点：

1. 针对老年代
2. 基于"标记-清除"算法(不进行压缩操作，会产生内存碎片)
3. 以获取最短回收停顿时间为目标
4. 并发收集、低停顿
5. 需要更多的内存

运作步骤：

1. 初始标记： 暂停所有的其他线程，标记GC Roots能直接关联到的对象，速度很快；
2. 并发标记：进行GC Roots Tracing的过程；
3. 重新标记： 修正并发标记期间的变动部分，需要"Stop The World"，且停顿时间比初始标记稍长，但远比并发标记短；
4. 并发清除： 开启用户线程，同时GC线程开始对为标记的区域做清扫，回收所有的垃圾对象。

缺点：

1. 对 CPU 资源敏感；
2. 无法收集浮动垃圾；
3. 标记清除 算法带来的空间碎片。

7、G1收集器（重点重点）

G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器,主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器。以极高概率满足GC停顿时间要求的同时，还具备高吞吐量性能特征。G1的使命是在未来替换CMS，并且在JDK1.9已经成为默认的收集器。

G1是将整个堆空间分成许多个大小不等的独立区域（Region），大约有2000块，每个Region从1M到32M大小不等，在JVM启动的时候就已经分割好了，Region可采用并行的垃圾回收或 NOT STW 方式。如下图，

运作步骤：

1. 初始标记(Initial Marking)
2. 并发标记(Concurrent Marking)
3. 最终标记(Final Marking)
4. 筛选回收(Live Data Counting and Evacuation)

特点：

1、并行与并发

G1能充分利用CPU、多核环境下的硬件优势，使用多个CPU（CPU或者CPU核心）来缩短stop-The-World停顿时间。部分其他收集器原本需要停顿Java线程执行的GC动作，G1收集器仍然可以通过并发的方式让java程序继续执行。

2、分代收集

虽然G1可以不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆，但是还是保留了分代的概念。

• 能独立管理整个GC堆（新生代和老年代），而不需要与其他收集器搭配；
• 能够采用不同方式处理不同时期的对象；
• 虽然保留分代概念，但Java堆的内存布局有很大差别；
• 将整个堆划分为多个大小相等的独立区域（Region）；
• 新生代和老年代不再是物理隔离，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合。

3、空间整合

与CMS的“标记–清理”算法不同，G1从整体来看是基于“标记整理”算法实现的收集器；从局部上来看是基于“复制”算法实现的。是一种类似火车算法的实现，不会产生内存碎片，有利于长时间运行。

4、可预测停顿

这是G1相对于CMS的另一个大优势，降低停顿时间是G1和CMS共同的关注点，但G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型。可以明确指定M毫秒时间片内，垃圾收集消耗的时间不超过N毫秒。在低停顿的同时实现高吞吐量。

为什么G1可以实现可预测停顿？

1. 可以有计划地避免在Java堆的进行全区域的垃圾收集；
2. G1收集器将内存分大小相等的独立区域（Region），新生代和老年代概念保留，但是已经不再物理隔离。
3. G1跟踪各个Region获得其收集价值大小，在后台维护一个优先列表；
4. 每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region（名称Garbage-First的由来）；

这就保证了在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。