JAVA垃圾回收器的介绍

垃圾回收器一共有7种：

如下图

其中G1 和 CMS 属于比较新的，暂停时间比之前较少。

serial

serial Old

parNew 这个是serial的多线程版本。

Parallel Scavenge

parallel old 这个是Parallel Scavenge的老年代版本。

CMS(concurrent mark sweep)

G1(Gabage first)

CMS回收器和G1回收器的对比

1 CMS回收器

并行回收器之后就是CMS回收器了（concurrent-mark-sweep）。这个算法使用了多个线程（concurrent）来扫描堆并标记（mark）那些不再使用的可以回收(sweep)的对象。这个算法在两种情况下会进入一个”stop the world”的模式：当进行根对象的初始标记的时候 （老生代中线程入口点或静态变量可达的那些对象）以及当这个算法在并发运行的时候应用程序改变了堆的状态使得它不得不回去再次确认自己标记的对象都是正确的。

使用这个回收器最大的问题就是会碰到promotion failure，这是指在回收新生代及年老代时出现了竞争条件的情况。如果回收器需要将年轻的对象提升到年老代中，而这个时候年老代没有多余的空间了，它就只能先进行一次STW(Stop The World)的full GC了——这种情况正是CMS所希望避免的。为了确保这种情况不会发生，你要么就是增加老生代的大小（或者增加整个堆的大小），要么就是给回收器分配一些后台线程以便与对象分配的速度进行赛跑。

这个算法的另一个缺点就是和并行回收器相比，它使用的CPU资源会更多，它使用了多个线程来执行扫描和回收，这样才能让应用持续提供更高级别的吞吐量。对于大多数长期运行的程序而言，应用的暂停对它们是很不利的，这个时候可以考虑使用CMS回收器。尽管如此，这个算法也不是默认开启的。你得指定XX:+UseConcMarkSweepGC来启用它。假设你的堆小于4G，而你又希望分配更多的CPU资源以避免应用暂停，那么这就是你要选择的回收器。然而，如果堆大于4G的话，你可能更希望使用最后的这个——G1回收器。

2 G1回收器

G1（ Garbage first）回收器在JDK 7update 4中首次引入，它的设计目标是能更好地支持大于4GB的堆。G1回收器将堆分为多个区域，大小从1MB到32MB不等，并使用多个后台线程来扫描它们。G1回收器会优先扫描那些包含垃圾最多的区域，这正是它的名字的由来（Garbage first）。这个回收器可以通过-XX:UseG1GC标记来启用。

这一策略减少了后台线程还未扫描完无用对象前堆就已经用光的可能性，而那种情况回收器就必须得暂停应用，这就会导致STW回收。G1的另一个好处就是它总是会进行堆的压缩，而CMS回收器只有在full GC的时候才会干这事。

过去几年里，大堆一直都是一个充满争议的领域，很多开发人员从单机器单JVM模型转向了单机器多JVM的微服务，组件化的架构。这是许多因素所驱动的，包括隔离程序的组件，简化部署，避免重新加载应用类到内存所产生的开销（Java 8中这点已经得到了改善）。

尽管如此，这么做最主要还是希望能避免大堆的GC中长时期的”stop the world”的暂停（在一次大的回收中需要花费数秒才能完成）。像Docker这样的容器技术也加速了这一进程，它们使得你可以很轻松地在同一台物理机上部署多个应用。

Serial

Serial收集器是最古老的收集器，它的缺点是当Serial收集器想进行垃圾回收的时候，必须暂停用户的所有进程，即stop the world。到现在为止，它依然是虚拟机运行在client模式下的默认新生代收集器，与其他收集器相比，对于限定在单个CPU的运行环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾回收自然可以获得最高的单线程收集效率。

Serial Old

是Serial收集器的老年代版本，它同样是一个单线程收集器，使用”标记－整理“算法。这个收集器的主要意义也是被Client模式下的虚拟机使用。在Server模式下，它主要还有两大用途：一个是在JDK1.5及以前的版本中与Parallel Scanvenge收集器搭配使用，另外一个就是作为CMS收集器的后备预案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure的时候使用。

通过指定-UseSerialGC参数，使用Serial + Serial Old的串行收集器组合进行内存回收。

ParNew收集器

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。

Parallel Scavenge收集器

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祝贺，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

CMS收集器

CMS(Concurrent Mark Swep)收集器是一个比较重要的回收器，现在应用非常广泛，我们重点来看一下，CMS一种获取最短回收停顿时间为目标的收集器，这使得它很适合用于和用户交互的业务。从名字(Mark Swep)就可以看出，CMS收集器是基于标记清除算法实现的。它的收集过程分为四个步骤：

初始标记(initial mark)
并发标记(concurrent mark)
重新标记(remark)
并发清除(concurrent sweep)

注意初始标记和重新标记还是会stop the world，但是在耗费时间更长的并发标记和并发清除两个阶段都可以和用户进程同时工作。

不过由于CMS收集器是基于标记清除算法实现的，会导致有大量的空间碎片产生，在为大对象分配内存的时候，往往会出现老年代还有很大的空间剩余，但是无法找到足够大的连续空间来分配当前对象，不得不提前开启一次Full GC。为了解决这个问题，CMS收集器默认提供了一个-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection收集开关参数（默认就是开启的)，用于在CMS收集器进行FullGC完开启内存碎片的合并整理过程，内存整理的过程是无法并发的，这样内存碎片问题倒是没有了，不过停顿时间不得不变长。虚拟机设计者还提供了另外一个参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction参数用于设置执行多少次不压缩的FULL GC后跟着来一次带压缩的（默认值为0，表示每次进入Full GC时都进行碎片整理）。

不幸的是，它作为老年代的收集器，却无法与jdk1.4中已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge配合工作，所以在jdk1.5中使用cms来收集老年代的时候，新生代只能选择ParNew或Serial收集器中的一个。ParNew收集器是使用-XX:+UseConcMarkSweepGC选项启用CMS收集器之后的默认新生代收集器，也可以使用-XX:+UseParNewGC选项来强制指定它。

由于CMS收集器现在比较常用，下面我们再额外了解一下CMS算法的几个常用参数：

UseCMSInitatingOccupancyOnly：表示只在到达阈值的时候，才进行 CMS 回收。
为了减少第二次暂停的时间，通过-XX:+CMSParallelRemarkEnabled开启并行remark。如果ramark时间还是过长的话，可以开启-XX:+CMSScavengeBeforeRemark选项，强制remark之前开启一次minor gc，减少remark的暂停时间，但是在remark之后也立即开始一次minor gc。
CMS默认启动的回收线程数目是(ParallelGCThreads + 3)/4，如果你需要明确设定，可以通过-XX:+ParallelCMSThreads来设定，其中-XX:+ParallelGCThreads代表的年轻代的并发收集线程数目。
CMSClassUnloadingEnabled： 允许对类元数据进行回收。
CMSInitatingPermOccupancyFraction：当永久区占用率达到这一百分比后，启动 CMS 回收 (前提是-XX:+CMSClassUnloadingEnabled **了)。
CMSIncrementalMode：使用增量模式，比较适合单 CPU。
UseCMSCompactAtFullCollection参数可以使 CMS 在垃圾收集完成后，进行一次内存碎片整理。内存碎片的整理并不是并发进行的。
UseFullGCsBeforeCompaction：设定进行多少次 CMS 垃圾回收后，进行一次内存压缩。
一些建议
对于Native Memory:

使用了NIO或者NIO框架（Mina/Netty）
使用了DirectByteBuffer分配字节缓冲区
使用了MappedByteBuffer做内存映射
由于Native Memory只能通过FullGC回收，所以除非你非常清楚这时真的有必要，否则不要轻易调用System.gc()。

另外为了防止某些框架中的System.gc调用（例如NIO框架、Java RMI），建议在启动参数中加上-XX:+DisableExplicitGC来禁用显式GC。这个参数有个巨大的坑，如果你禁用了System.gc()，那么上面的3种场景下的内存就无法回收，可能造成OOM，如果你使用了CMS GC，那么可以用这个参数替代：-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent。

此外除了CMS的GC，其实其他针对old gen的回收器都会在对old gen回收的同时回收young gen。

G1收集器

G1收集器是一款面向服务端应用的垃圾收集器。HotSpot团队赋予它的使命是在未来替换掉JDK1.5中发布的CMS收集器。与其他GC收集器相比，G1具备如下特点：

并行与并发：G1能更充分的利用CPU，多核环境下的硬件优势来缩短stop the world的停顿时间。
分代收集：和其他收集器一样，分代的概念在G1中依然存在，不过G1不需要其他的垃圾回收器的配合就可以独自管理整个GC堆。
空间整合：G1收集器有利于程序长时间运行，分配大对象时不会无法得到连续的空间而提前触发一次GC。
可预测的非停顿：这是G1相对于CMS的另一大优势，降低停顿时间是G1和CMS共同的关注点，能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒。
在使用G1收集器时，Java堆的内存布局和其他收集器有很大的差别，它将这个Java堆分为多个大小相等的独立区域，虽然还保留新生代和老年代的概念，但是新生代和老年代不再是物理隔离的了，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合。

虽然G1看起来有很多优点，实际上CMS还是主流。