深入理解Java虚拟机——JVM的GC实现详解

    新生代中的98%对象都是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块比较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是说，每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空间会被浪费。

当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖于老年代进行分配担保，所以大对象直接进入老年代。

堆的结构如下图所示：

垃圾收集器：

如果说收集算法是内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。

虽然我们在对各种收集器进行比较，但并非为了挑出一个最好的收集器。因为直到现在位置还没有最好的收集器出现，更加没有万能的收集器，所以我们选择的只是对具体应用最合适的收集器。

收集器：

• 串行收集器
• 并行收集器
• CMS收集器

串行收集器：Serial收集器

• 最古老，最稳定
• 简单而高效
• 可能会产生较长的停顿
• -XX:+UseSerialGC

　 新生代、老年代都会使用串行回收

　 新生代复制算法

 　老年代标记-整理

总结：Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。

这个收集器是一个单线程的收集器，但它的单线程的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。收集器的运行过程如下图所示：

并行收集器

1、ParNew收集器：

• ParNew收集器其实就是Serial收集器新生代的并行版本。
• 多线程，需要多核支持。
• -XX:+UseParNewGC

　　新生代并行

　　老年代串行

• -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量

2、Parallel Scanvenge收集器：

• 类似ParNew，但更加关注吞吐量
• -XX:+UseParallelGC  使用Parallel Scanvenge收集器：新生代并行，老年代串行

3、Parallel Old收集器：

• Parallel Old收集器是Parallel Scanvenge收集器的老年代版本
• -XX:+UseParallelGC  使用Parallel Old收集器：新生代并行，老年代并行

如下图所示：

各种参数设置：

• -XX:MaxGCPauseMills

　　最大停顿时间，单位毫秒

　　GC尽力保证回收时间不超过设定值

• -XX:GCTimeRatio

　　0-100的取值范围

　　垃圾收集时间占总时间的比

　　默认99，即最大允许1%时间做GC

    注：这两个参数是矛盾的。因为停顿时间和吞吐量不可能同时调优。我们一方买希望停顿时间少，另外一方面希望吞吐量高，其实这是矛盾的。因为：在GC的时候，垃圾回收的工作总量是不变的，如果将停顿时间减少，那频率就会提高；既然频率提高了，说明就会频繁的进行GC，那吞吐量就会减少，性能就会降低。

    吞吐量：CPU用于用户代码的时间/CPU总消耗时间的比值，即=运行用户代码的时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)。比如，虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。

注2：以上所有的收集器当中，当执行GC时，都会stop the world，但是下面的CMS收集器却不会这样。

 

CMS收集器

CMS收集器（Concurrent Mark Sweep：并发标记清除）是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。适合应用在互联网站或者B/S系统的服务器上，这类应用尤其重视服务器的响应速度，希望系统停顿时间最短。

• Concurrent Mark Sweep 并发标记清除，并发低停顿
• 标记-清除算法
• 并发阶段会降低吞吐量（因为停顿时间减少了，于是GC的频率会变高）
• 老年代收集器（新生代使用ParNew）
• -XX:+UseConcMarkSweepGC   打开这收集器

注：这里的并发指的是与用户线程一起执行。

CMS收集器运行过程：（着重实现了标记的过程）

（1）初始标记

根可以直接关联到的对象

速度快

（2）并发标记（和用户线程一起）

主要标记过程，标记全部对象

（3）重新标记

由于并发标记时，用户线程依然运行，因此在正式清理前，再做修正

（4）并发清除（和用户线程一起）

基于标记结果，直接清理对象

整个过程如下图所示：

其中，初始标记和重新标记时，需要stop the world。

整个过程中耗时最长的是并发标记和并发清理，这两个过程都可以和用户线程一起工作。

CMS收集器特点：

（1）尽可能降低停顿

（2）会影响系统整体吞吐量和性能

比如，在用户线程运行过程中，分一半CPU去做GC，系统性能在GC阶段，反应速度就下降一半

（3）清理不彻底

因为在清理阶段，用户线程还在运行，会产生新的垃圾，无法清理

（4）因为和用户线程一起运行，不能在空间快满时再清理

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置触发GC的阈值

如果不幸内存预留空间不够，就会引起concurrent mode failure，我们需要使用串行收集器作为后备。

 既然标记清除算法会造成内存空间的碎片化，CMS收集器为什么使用标记清除算法而不是使用标记整理算法：

答案：CMS收集器更加关注停顿，它在做GC的时候是和用户线程一起工作的（并发执行），如果使用标记整理算法的话，那么在清理的时候就会去移动可用对象的内存空间，那么应用程序的线程就很有可能找不到应用对象在哪里。

为了解决碎片的问题，CMS收集器会有一些整理上的参数。

 整理时的各种参数：

• -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection     

Full GC后，进行一次整理。整理过程是独占的，会引起停顿时间变长

• -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction

设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理

• -XX:ParallelCMSThreads

　　设定CMS的线程数量