JVM垃圾回收器理论分析与讲解

• 年轻代（Young Generation）
  • 新生成的对象都放在新生代。年轻代用复制算法进行GC（理论上，年轻代对象的生命周期非常短，所以适合复制算法）；
  • 年轻代分为三个区。一个eden区，两个survivor（可以通过参数设置survivor）。对象在eden区中生成。当eden区满时，还存活的对象将被复制到一个survivor区，当这个survivor区满时，此区的存活对象将被复制到另外一个survivor区，当第二个survivor区也满了的时候，从第一个survivor区复制过来的并且此时还存活的对象，将被复制到老年代。2个survivor是完全对称，轮流替换。
  • eden和2个survivor的缺省比例是8：1：，也就是10%的空间会被浪费。可以根据GC log的信息调整大小的比例。
• 老年代（Old Generation）
  • 存放了经过一次或多次GC还存活的对象
  • 一般采用Mark-Sweep后者Mark-Compact算法进行GC；
  • 有多种垃圾收集器可以选择。每种垃圾收集器可以看做一个GC算法的具体实现。可以根据具体应用的需求选用合适的垃圾收集器（追求吞吐量？追求最短相应的时间？）
• 永久代（已经弃用）
  • **并不属于堆（Heap）**但是GC也会涉及到这个区域；
  • 存放了每一个Class的结构信息，包括常量池、字段描述、方法描述。与垃圾收集要收集的Java对象关系不大。

• 内存区域（备注：在Hotspot中本地方法栈和JVM方法栈是同一个，因此也可用-Xss控制栈的大小 ）
  

• ① 堆上分配

  • 大多数情况在eden上分配，偶尔会直接在old上分配；
  • 细节取决于GC的实现。

• ② 栈上分配

  • 原子类型的局部变量

• 内存回收
  • GC要做的是将那些dead的对象所占用的内存回收掉
    • Hotspot认为没有引用的对象是dead的
    • Hotspot将引用分为四种：Strong（强）、Soft（软）、Weak（弱）、Phantom（虚）
      • Strong即默认通过 Object o = new Object()这种方式赋值的引用；
      • Soft、Weak、Phantom这三种则都是继承Reference。
  • 在Full GC 时会对Reference类型的引用进行特殊处理
    • Soft：内存不够一定会被GC、长期不用也会被GC；
    • Weak：一定会被GC，当被mark为dead，会在ReferenceQueue中通知；
    • Phantom：本来就没引用，当从jvm heap中释放时会通知。

• GC的时机
  • 在分代模型的基础上，GC从时机上分为两种：Scavenge GC和Full GC
  • Scavenge GC (Minor GC)
    • 触发时机：新对象生成时，eden空间满了
    • 理论上eden区大多数对象会在Scavenge GC 回收，复制算法的执行效率会很高，Scavenge GC时间比较短。
  • Full GC
    • 对整个JVM进行整理，包括Young、Old和Perm
    • 主要的触发时机：① Old满了 ② Prem满了 ③ system.gc()
    • 效率很低，尽量较少Full GC

• 垃圾回收器
  • 分代模型：GC的宏观愿景；
  • 垃圾回收器：GC的具体实现；
  • Hotspot JVM提供多种垃圾回收器，我们需要根据具体应用的需要采用不同的回收器；
  • 没有万能的垃圾回收器，每种垃圾回收器都有自己的使用场景。

• 垃圾收集器的“并行”和“并发”
  • 并行（Parallel）：指多个收集器的线程同时工作，但是用户线程处于等待状态；
  • 并发（Concurrent）：指收集器在工作的同时，可以允许用户线程工作；
    • 并发不代表解决了GC停顿的问题，在关键的步骤还是要停顿。比如：在收集器标记垃圾的时候。但在清除垃圾的时候，用户线程可以和GC线程并发执行。

• Serial收集器
  • 单线程收集器，收集时会暂停所有工作线程（Stop The World，简称STW），使用复制收集算法，虚拟机运行在Client模式时的默认新生代收集器。
    • 最早的收集器，单线程进行GC；
    • New和Old Generation 都可以使用；
    • 在新生代，采用复制算法；在老年代中，采用Mark-Compact算法；
    • 因为是单线程GC，没有多线程切换的额外开销，简单使用；
    • Hotspot Client 模式缺省的收集器。
      

• ParNew收集器
  • ParNew收集器就是Serial的多线程版本，除了使用多个收集线程外，其余行为包括算法、STW、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器一模一样。
  • 对应的这种收集器是虚拟机运行在Server模式的默认新生代收集器，在单CPU的环境中，ParNew收集器并不会比Serial收集器有更好的效果。
  • ParNew收集器是Serial收集器在新生代的多线程版本；
  • 使用复制算法（因为针对新生代）；
  • 只有在多CPU的环境中，效率才会比Serial收集器高；
  • 可以通过-XX:ParallelGCThreads来控制GC线程数的多少。需要结合具体CPU的个数；
  • ParNew收集器是Server模式下新生代的缺省收集器。

• Parallel Scavenge 收集器
  • Parallel Scavenge 收集器也是一个多线程收集器，也是使用复制算法，但它的对象分配规则与回收策略都与ParNew收集器有所不同，它是以吞吐量最大化（即GC时间占总运行时间最小）为目标的收集器实现，它允许较长时间的STW换取总吞吐量最大化。

• Serial Old收集器
  • Serial Old是单线程收集器，使用标记-整理算法，是老年代的收集器。

• Parallel Old收集器
  • 老年代版本吞吐量优先收集器，使用多线程的标记-整理算法，JVM1.6提供，在此之前，新生代使用了PS收集器的话，老年代除Serial Old外别无选择，因为PS无法与CMS收集器配合工作；
  • Parallel Old收集器是Parallel Scavenge在老年代的实现；
  • 在JVM 1.6才出现Parallel Old；
  • 采用多线程，Mark-Compact算法；
  • 更注重吞吐量；
  • Parallel Scavenge + Parallel Old = 高吞吐量，但是GC停顿可能不理想。

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• CMS（Concurrent Mar Sweep）收集器
  • CMS是一种以最短停顿时间为目标的收集器，使用CMS并不能达到GC效率最高（总体GC时间最小），但它能尽可能降低GC时服务的停顿时间，CMS收集器使用的是标记-清楚算法。
  • 追求最短停顿时间，非常适合Web应用；
  • 只针对老年区，一般结合ParNew使用；
  • Concurrent，GC线程和用户线程并发工作（尽量并发）；
  • Mark-Sweep；
  • 只有在多CPU环境下才有意义；
  • 使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打开；
  • 缺点：
    • CMS以牺牲CPU资源的代价来减少用户线程的停顿。当CPU个数少于4的时候，有可能对吞吐量影响非常大；
    • CMS在并发清理的过程中，用户线程还在跑。这时候需要预留一部分空间给用户线程；
    • CMS用Mark-Sweep，会带来碎片问题。碎片过多的时候会容易频繁触发Full GC。

GC垃圾收集器的JVM参数定义：