jvm(8) -- Serial收集器、ParNew收集器、Parallel Scavenge收集器

查询JDK默认GC： java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

摘自:
https://www.jianshu.com/p/29460c44c664

1.Serial收集器

推荐文章:https://www.breakyizhan.com/javamianshiti/2850.html

Serial，是单线程执行垃圾回收的。当需要执行垃圾回收时，程序会暂停一切手上的工作，然后单线程执行垃圾回收。

因为新生代的特点是对象存活率低，所以收集算法用的是复制算法，把新生代存活对象复制到老年代，复制的内容不多，性能较好。

Serial（串行）垃圾收集器是最基本、发展历史最悠久的收集器；

JDK1.3.1前是HotSpot新生代收集的唯一选择；

①特点

针对新生代；

采用复制算法；

单线程收集；

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"；

Serial/Serial Old组合收集器运行示意图如下：

②、应用场景

依然是HotSpot在Client模式下默认的新生代收集器；

也有优于其他收集器的地方：
简单高效（与其他收集器的单线程相比）；

对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器没有线程交互（切换）开销，可以获得最高的单线程收集效率；

在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大（几十M至一两百M），可以在较短时间内完成垃圾收集（几十MS至一百多MS）,只要不频繁发生，这是可以接受的

③、设置参数

“-XX:+UseSerialGC”：添加该参数来显式的使用串行垃圾收集器；

④Stop TheWorld说明

JVM在后台自动发起和自动完成的，在用户不可见的情况下，把用户正常的工作线程全部停掉，即GC停顿；

会带给用户不良的体验；
从JDK1.3到现在，从Serial收集器-》Parallel收集器-》CMS-》G1，用户线程停顿时间不断缩短，但仍然无法完全消除；

单线程地好处就是减少上下文切换，减少系统资源的开销。但这种方式的缺点也很明显，在GC的过程中，会暂停程序的执行。若GC不是频繁发生，这或许是一个不错的选择，否则将会影响程序的执行性能。 对于新生代来说，区域比较小，停顿时间短，所以比较使用。

2.ParNew收集器

引文章链接：https://www.jianshu.com/p/29460c44c664

ParNew收集器是Serial收集器新生代的多线程实现，注意在进行垃圾回收的时候依然会stop the world，只是相比较Serial收集器而言它会运行多条进程进行垃圾回收。

ParNew收集器在单CPU的环境中绝对不会有比Serial收集器更好的效果，甚至由于存在线程交互的开销，该收集器在通过超线程技术实现的两个CPU的环境中都不能百分之百的保证能超越Serial收集器。当然，随着可以使用的CPU的数量增加，它对于GC时系统资源的利用还是很有好处的。它默认开启的收集线程数与CPU的数量相同，在CPU非常多（譬如32个，现在CPU动辄4核加超线程，服务器超过32个逻辑CPU的情况越来越多了）的环境下，可以使用-XX:ParallelGCThreads参数来限制垃圾收集的线程数。

-UseParNewGC: 打开此开关后，使用ParNew + Serial Old的收集器组合进行内存回收，这样新生代使用并行收集器，老年代使用串行收集器。

引文章链接：https://www.breakyizhan.com/javamianshiti/2852.html

ParNew垃圾收集器是Serial收集器的多线程版本。

①特点

除了多线程外，其余的行为、特点和Serial收集器一样；

如Serial收集器可用控制参数、收集算法、Stop The World、内存分配规则、回收策略等；

两个收集器共用了不少代码；

​ ParNew/Serial Old组合收集器运行示意图如下：

②应用场景

在Server模式下，ParNew收集器是一个非常重要的收集器，因为除Serial外，目前只有它能与CMS收集器配合工作；

但在单个CPU环境中，不会比Serail收集器有更好的效果，因为存在线程交互开销。

③设置参数

​ “-XX:+UseConcMarkSweepGC”：指定使用CMS后，会默认使用ParNew作为新生代收集器；

​ “-XX:+UseParNewGC”：强制指定使用ParNew；

​ “-XX:ParallelGCThreads”：指定垃圾收集的线程数量，ParNew默认开启的收集线程与CPU的数量相同；

④为什么只有ParNew能与CMS收集器配合

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；

CMS作为老年代收集器，但却无法与JDK1.4已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge配合工作；

因为Parallel Scavenge（以及G1）都没有使用传统的GC收集器代码框架，而另外独立实现；而其余几种收集器则共用了部分的框架代码；

3.Parallel Scavenge收集器

文章链接：https://www.jianshu.com/p/29460c44c664

Parallel是采用复制算法的多线程新生代垃圾回收器，似乎和ParNew收集器有很多的相似的地方。但是Parallel Scanvenge收集器的一个特点是它所关注的目标是吞吐量(Throughput)。所谓吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即吞吐量=运行用户代码时间 / (运行用户代码时间 + 垃圾收集时间)。停顿时间越短就越适合需要与用户交互的程序，良好的响应速度能够提升用户的体验；而高吞吐量则可以最高效率地利用CPU时间，尽快地完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，采用多线程和”标记－整理”算法。这个收集器是在jdk1.6中才开始提供的，在此之前，新生代的Parallel Scavenge收集器一直处于比较尴尬的状态。原因是如果新生代Parallel Scavenge收集器，那么老年代除了Serial Old(PS MarkSweep)收集器外别无选择。由于单线程的老年代Serial Old收集器在服务端应用性能上的”拖累“，即使使用了Parallel Scavenge收集器也未必能在整体应用上获得吞吐量最大化的效果，又因为老年代收集中无法充分利用服务器多CPU的处理能力，在老年代很大而且硬件比较高级的环境中，这种组合的吞吐量甚至还不一定有ParNew加CMS的组合”给力“。直到Parallel Old收集器出现后，”吞吐量优先“收集器终于有了比较名副其实的应用，在注重吞吐量及CPU资源敏感的场合，都可以优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器。

-UseParallelGC: 虚拟机运行在Server模式下的默认值，打开此开关后，使用Parallel Scavenge + Serial Old的收集器组合进行内存回收。-UseParallelOldGC: 打开此开关后，使用Parallel Scavenge + Parallel Old的收集器组合进行垃圾回收

文章链接：https://www.breakyizhan.com/javamianshiti/2853.html

Parallel Scavenge垃圾收集器因为与吞吐量关系密切，也称为吞吐量收集器（Throughput Collector）。

①特点

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（A）、有一些特点与ParNew收集器相似

新生代收集器；

采用复制算法；

多线程收集；

（B）、主要特点是：它的关注点与其他收集器不同

CMS等收集器的关注点是尽可能地缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间；

而Parallel Scavenge收集器的目标则是达一个可控制的吞吐量（Throughput）；

关于吞吐量与收集器关注点说明详见本节后面；

②应用场景

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高吞吐量为目标，即减少垃圾收集时间，让用户代码获得更长的运行时间；

当应用程序运行在具有多个CPU上，对暂停时间没有特别高的要求时，即程序主要在后台进行计算，而不需要与用户进行太多交互；

例如，那些执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序；

③设置参数

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Parallel Scavenge收集器提供两个参数用于精确控制吞吐量：

（A）、"-XX:MaxGCPauseMillis"

控制最大垃圾收集停顿时间，大于0的毫秒数；

MaxGCPauseMillis设置得稍小，停顿时间可能会缩短，但也可能会使得吞吐量下降；

因为可能导致垃圾收集发生得更频繁；

（B）、"-XX:GCTimeRatio"

设置垃圾收集时间占总时间的比率，0

GCTimeRatio相当于设置吞吐量大小；

垃圾收集执行时间占应用程序执行时间的比例的计算方法是：

1 / (1 + n)

例如，选项-XX:GCTimeRatio=19，设置了垃圾收集时间占总时间的5%–1/(1+19)；

默认值是1%–1/(1+99)，即n=99；

垃圾收集所花费的时间是年轻一代和老年代收集的总时间；

如果没有满足吞吐量目标，则增加代的内存大小以尽量增加用户程序运行的时间；

此外，还有一个值得关注的参数：

（C）、"-XX:+UseAdptiveSizePolicy"

开启这个参数后，就不用手工指定一些细节参数，如：

新生代的大小（-Xmn）、Eden与Survivor区的比例（-XX:SurvivorRation）、晋升老年代的对象年龄（-XX:PretenureSizeThreshold）等；

JVM会根据当前系统运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数，以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量，这种调节方式称为GC自适应的调节策略（GC Ergonomiscs）；

这是一种值得推荐的方式：

(1)、只需设置好内存数据大小（如"-Xmx"设置最大堆）；

(2)、然后使用"-XX:MaxGCPauseMillis"或"-XX:GCTimeRatio"给JVM设置一个优化目标；

(3)、那些具体细节参数的调节就由JVM自适应完成；

这也是Parallel Scavenge收集器与ParNew收集器一个重要区别；

更多目标调优和GC自适应的调节策略说明请参考：

《Memory Management in the Java HotSpot™ Virtual Machine》 5节 Ergonomics – Automatic Selections and Behavior Tuning：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/memorymanagement-whitepaper-1-150020.pdf

《Java Platform, Standard Edition HotSpot Virtual Machine Garbage Collection Tuning Guide》 第2节 Ergonomics：http://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/ergonomics.html#ergonomics

④吞吐量与收集器关注点说明

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A）、吞吐量（Throughput）

CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值；

即吞吐量=运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾收集时间）；

高吞吐量即减少垃圾收集时间，让用户代码获得更长的运行时间；

B）、垃圾收集器期望的目标（关注点）

1）、停顿时间

停顿时间越短就适合需要与用户交互的程序；

良好的响应速度能提升用户体验；

2）、吞吐量

高吞吐量则可以高效率地利用CPU时间，尽快完成运算的任务；

主要适合在后台计算而不需要太多交互的任务；

3）、覆盖区（Footprint）

在达到前面两个目标的情况下，尽量减少堆的内存空间；

可以获得更好的空间局部性；

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完