Java-GC垃圾回收器和垃圾回收算法

1. 垃圾回收算法

GC和FGC的区别

次数上频繁收集Young区，次数上较少收集Old区，基本不动元空间。GC(YGC)是指新生代的垃圾回收，GC很频繁，因为大多数的Java对象存活时间都很短，所以GC的回收速度很快、也很频繁。FGC是指养老区(Old)的垃圾回收，GC回收速度不频繁，也不快，因为要扫描整个老年区的空间，所以它的速度比GC慢10倍左右。
GC的四大算法引用计数法、复制算法(Copying)、标记清除(Mark-Swap)、标记压缩(Mark-Compact)

1.1 引用计数法

• JVM的实现一般不使用这种方法，应用在微软的COM/ActionScript3/Python...
• 有被引用这个对象，计数器就+1，没有被引用的就被回收了
  缺点如下：
• 1.每次对对象进行赋值的时候都要将计数器+1，且计数器本身也有消耗
• 2.较难处理循环引用(A引用B，B引用A)

System.gc();  //手动唤醒GC，禁用手动GC，JDK1.8的垃圾回收已经很智能了
//不是立刻执行，也是要看系统的调度，类似创建了线程，也不是立刻执行，得看系统的调度

1.2 复制算法

• 新生代(Young)中使用的GC就是使用的复制算法。

-XX:MaxTenuringThreshold  //设置对象再新生代中存活代数，默认是15，最大也就是15，因为markword只留了4bit给其标识

• 复制算法的基本思想是将内存分为两块，每次只用其中一块，这块内存用完，就将或者的对象复制到另外一块上去。复制算法不会产生内存碎片，但是耗空间。
• 从根集合(GCRoots)开始，通过Tracing从FROM区找到存活对象，拷贝到TO区中；FROM区和TO区交换，下次内存分配继续从TO开始。

1.3 标记清除算法

• 思想是：先从内存中标记出来要回收的对象，然后进行统一回收。
• 标记清除算法空间节约出来了，但是会产生内存碎片。而且要扫描两次，一次标记，一次清除，浪费了时间。

1.4 标记压缩算法

• 思想是：先从内存中标记出来要回收的对象，然后进行统一回收，之后对剩下来的存活的对象进行整理（丢在同一侧）
• 缺点：效率不高，需要一定对象的成本，耗时比较严重。
• 改进：标记-清除-压缩算法：标记清除和标记压缩算法的折中，进行多次的GC后才压缩。

JVM的GC用的是哪种方法？

新生代GC使用复制算法，在老年代FGC使用标记压缩、标记清除算法

2. 垃圾回收算法和垃圾回收器的关系？

GC算法（引用计数/复制/标记清除/标记整理）是内存回收的方法论，垃圾回收器就是这些GC算法的落地实现。到目前为止还没有完美的垃圾回收器出现，更加没有万能的收集器，只是针对不同场合选用最合适的垃圾收集器。

3. 主要的垃圾收集器

参数	新生代收集器	新生代算法	老年代收集器	老年代算法
-XX:+UseSerialGC	Serial	复制	SerialOldGC	标整
-XX:+UseParNewGC	ParNew	复制	SerialOldGC	标整
-XX:+UseParallelGC或-XX:UseParallelOldGC	Parallel(Scavenge)	复制	ParallelOldGC	标整
-XX:UseConcMarkSweepGC	ParNew	复制	CMS+Serial Old(SerialOld为CMS出错的后备)	标清
-XX:UseG1GC	整体上使用标整算法	局部是通过复制算法，不会产生内存碎片

3.1 Serial-串行收集器

为单线程设计并且只使用一个线程进行垃圾回收，会暂停所有的用户线程，不适合用在服务器环境，运行在Client模式下的JVM是个不错的选择，在用户的桌面应用场景中使用串行收集器也是可以接受的。

3.2 Parallel-并行收集器

是Serial的多线程版本，和Serial共享很多源码，多个垃圾收集线程并行工作，此时用户线程是暂停的，停顿时间比Serial短，效率更高适合用于科学计算/大数据处理等弱交互场景。在单核CPU下，可能并行收集器比串行收集器还慢。

3.3 CMS-标记并发清除-ConcMarkSweep）

用户线程和垃圾收集线程同时执行（不一定是并行，可能交替执行），不需要停顿用户线程，互联网公司多用它，适合对响应时间有要求的场景。（有一段还是会暂停，但是比较短），在2020年3月的jdk14中CMS被删除。

3.4 G1

G1垃圾回收器将堆内存分成不同的区域，然后并发的对其进行垃圾的回收。

4.怎么查看服务器的垃圾回收器？

使用java -XX:+PrintCommandLineFlags -version查看初始配置或者jinfo -flag PrintCommandLineFlags pid查看具体的应用程序的参数。Java8默认使用的是Parallel，即并行垃圾回收。

5. 垃圾收集器的使用

5.1 Serial(新生代)+SerialOld(养老区)

开启配置的参数-XX:+UseSerialGC，整个过程都会停掉用户线程(STW)。

5.2 ParNew(新生代)+SerialOld(养老区)

新生代采用复制算法（多个线程），暂停所有用户线程(STW)，老年区采用标记整理算法（单个线程），暂停所有用户线程(STW)。 开启配置的参数-XX:+UseParNewGC，可以使用-XX:+ParallelGCThreads限制线程数，默认开启和CPU核心相同的线程数，但是ParNewGC这种默认搭配的方式已经不推荐使用了。

5.3 ParNew(新生代)+CMS(养老区)

使用-XX:+UseConcMarkSweep开启CMS收集器

//CMS-并发标记清除，是一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器，适合互联网网站和B/S的服务器上，这类应用注重服务器的响应速度，希望停顿时间最短
//CMS非常适合堆内存大、CPU核数多的服务端应用，也是G1出现之前大型应用的首选收集器

//开启之后会默认打开ParNew，在新生代中使用的收集器(为什么不整合ParallelScavenge?因为底层不能兼容)
//在垃圾收集阶段用户线程没有中断，所以在CMS运行过程中，还应该保证用户线程有足够的内存可用。
//不能像其他收集器一样等到老年区满了才回收，而是应该设定一个阈值，便开始回收，以确保在垃圾回收的过程中用户程序有足够的空间运行。
//要是CMS运行期间预留的内存不够程序运行的需要，还会开启SerialOld收集器，作为CMS出错的后备收集器

//CMS的四个步骤：
//1.初始化标记(CMS initial mark)，会停掉用户线程(STE)
//2.并发标记(CMS concurrent mark)，不会停掉用户线程，会和用户线程一起进行
//3.重新标记(CMS remark)，用来标记出来之前标记了，但是现在还在使用的一些对象，会停掉用户线程(STW)
//4.并发清除(CMS sweep)，和用户线程一起进行，清除GCRoots不可达对象

CMS的优缺点

优点：并发收集停顿低
缺点：并发执行，对CPU压力大，采用的标记清除算法会产生内存碎片
既然CMS使用标记压缩算法会产生内存碎片，那为什么还要使用标记压缩算法而不使用标记整理算法？因为CMS的清理过程和用户线程的执行是在一起进行的，如果你把对象整理了，对象的内存位置发生改变，用户线程就不能正常执行了。标整算法适合使用在STW情况下。

5.4 Parallel Scavenge(新生代)+ParallelOld(养老区)

JDK1.8默认使用，关注吞吐量，和ParNew的区别在于ParallelScavenge有自适应调节机制:JVM会根据当前系统的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(-XX:+MaxGCPauseMills)或最大的吞吐量。

//关注吞吐量，和ParNew的区别在于ParallelScavenge有自适应调节机制:JVM会根据当前系统的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（-XX:+MaxGCPauseMills）或最大的吞吐量。
//使用-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseParallelOldGC可以互相激活去使用Parallel Scavenge收集器。
//可以指定GC的线程，使用-XX:ParallelGCThreads=N去调整，CPU>8，N=5/8，CPU<8，N=实际个数
//ParallelScanvenge和ParallelOld使用的是两套算法，完全不一样
//适合在后台运行而不需要太多交互任务的任务，比如科学计算、批量处理。也是Stop the world。
//常见在服务器环境下使用

5.5 G1(新生代+养老区)

使用参数-XX:+UseG1GC开启G1收集器，在Young区和Old区都能使用，使用G1之后，Heap只有两层，region/Metaspace，以前的Young和Old都包含在region中。
以前的垃圾收集器的特点

//以前的收集器的特点：
//1.Young区和Old区是各自独立并且连续的内存块
//2.年轻代收集使用Eden+S0+S1进行复制算法
//3.老年代收集必须扫描整个老年代区域
//4.都是以尽量少而快速地执行GC为设计原则

G1的特点

//G1的特点：
//像CMS一样，可以与应用程序线程并发进行
//整理空闲的空间更快
//需要更多时间来预测GC的停顿时间
//不希望牺牲大量的吞吐性能
//不需要更大的Java Heap


//1.利用多CPU、多核的硬件优势，尽量缩短STW。
//2.整体采用标记整理算法，局部采用复制算法，不会产生内存碎片
//3.G1不再划分Eden、S0、S1，改成一个个的region
//4.G1收集器里面整个内存都混合在一起了，但是本身小范围内是存在Young和Old的区分，保留了新生代核老年代。
//  但他们不再是物理隔离的而是一部分region的集合并且不需要region是连续的，也就是说依然会采用不同的GC方式来处理不同的区域。
//5.G1也是分代收集器，但是在整个内存分区不存在物理上的年轻代和老年代的区别，也不需要独立的To区来做复制的准备
//  G1只有逻辑上的分代概念，每个分区都可能随G1的运行在不同代之间切换

//G1(Garbage-First)收集器是一款面向服务端应用的收集器，聚焦于多处理器和大容量的内存中。
//在实现高吞吐量的同时，尽可能地满足垃圾暂停时间的要求

//G1的目的是为了取代CMS的收集器，它同CMS相比，在以下方面比较出色:
//1.G1是一个有整理内存过程的垃圾收集器，不会产生很多内存碎片
//2.G1的Stop the World(STW)更短，G1在停顿时间上添加了预测机制，**用户可以指定停顿的时间**

//在jdk9中将G1变成默认的垃圾回收器以替代CMS

//G1的主要改变是Eden、Survivor和Tenured不再连续了，而是被分成了大小一样的region。
//每个region从1M-32M不等，一个region有可能属于Eden、Survivor或者是Tenured



//在堆的使用上，G1并不要求对象的存储一定是物理上的连续，只需要逻辑上连续即可。
//启动时可以通过参数-XX:G1HeapRegionSize=n指定region分区的大小（1-32M，且必须是1<

G1收集器的过程

//G1步骤（和CMS类似）
//1.初始化标记(CMS initial mark)，会停掉用户线程
//2.并发标记(CMS concurrent mark)，不会停掉用户线程，会和用户线程一起进行
//3.最终标记(CMS remark)，用来标记出来之前标记了，但是现在还在使用的一些对象，会停掉用户线程
//4.筛选回收，和用户线程一起进行，根据时间来进行价值最大化的回收

更多参数：

//-XX:+UseG1GC
//-XX:G1HeapRegionSize=n  //Region区域大小，1-32M，且是1<

5.6 如何选择合适的回收器？

//单CPU或者小内存，单机程序
-XX:+UseSerialGC

//多CPU，需要最大吞吐量，比如后台计算型的应用
-XX:+UseParallelGC或-XX:+UseParallelOldGC

//多CPU，追求最低的停顿，虚快速响应，如互联网应用
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:+UseParNewGC