JVM（十五）垃圾回收器概述

JVM（十五）垃圾回收器概述

1 垃圾回收器概述

• 垃圾收集器没有在规范中进行过多的规定，可以由不同的厂商、不同版本的JVM来实现
• 由于JDK版本的高速迭代，Java发展至今已经衍生了众多的GC版本
• 从不同的角度分析垃圾收集器，可以将GC分为不同的类型

2 垃圾回收器分类

• 按照线程数分，可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器

  

  串行回收指的是同一时间段内只有一个CPU用于执行垃圾回收操作，同时工作线程被暂停直至垃圾回收结束。

  在一些单CPU处理器和较小的应用内存的硬件平台不是特别优越的场合，串行回收器的性能表现可以超过并行回收器和并发回收器（线程切换造成性能消耗）。所以串行回收被应用在客户端Client模式下的JVM中。当然在一些并发能力较强的CPU上，并行回收器产生的停顿时间要低于串行回收器

  并行收集可以运行多个CPU用于执行垃圾回收，因此提高了应用的吞吐量，不过并行回收和串行回收一样采用了独占式，使用了STW机制

• 按照工作模式分，可以分为并发垃圾回收器和独占式垃圾回收器

  • 并发垃圾回收器会与应用程序线程交替执行，以尽可能地减少应用程序的停顿时间
  • 独占式垃圾回收器一旦运行，就会运行应用程序中的所有用户线程，直到垃圾回收线程完全结束
  

• 按照碎片处理方式来分，可以分为压缩式垃圾回收器和非压缩式垃圾回收器

  • 压缩式垃圾回收器在回收完成之后，对存活对象进行压缩整理，消除回收后的内存碎片
  • 非压缩式垃圾回收器不会进行这一步操作

• 按工作的内存区间划分，分为老年代垃圾回收器和新生代垃圾回收器

3 GC的性能指标

• 吞吐量：运行用户代码的时间占总运行时间的比例
  • 总运行时间=运行用户代码的时间+内存回收的时间
• 垃圾收集开销：吞吐量的补数，垃圾收集所用时间与总运行时间的比例
• 暂停时间：为了执行垃圾收集，用户线程被暂停的时间
• 收集效率：相对于应用程序的执行，收集操作发生的概率
• 内存占用：Java堆所占内存的大小
• 快速响应：一个对象从诞生到被回收所经历的时间

​ 吞吐量、暂停时间、内存占用共同构成了一个不可能三角，三者的总体表现会随着技术进步越来越好，但是一款优秀的垃圾回收器最多满足其中的两项。且随着硬件的进步内存占用越来越被容忍，应该主要抓住剩余的两点。

4 垃圾回收器的发展迭代史

• 1999年随着JDK1.3.1一起发行的是串行方式的Serial GC，它是第一款GC，ParNew垃圾收集器是Serial GC的多线程版本
• 2002年Parallel GC和Concurrent Mark Sweep(CMS) GC随着jdk1.4.2一起发布
• Parallel GC在JDK6之后成为HotSpot虚拟机的默认GC
• 2012年，在JDK1.7中G1可用
• 2017年，JDK9中G1变为默认的垃圾收集器，替代了CMS
• 2018年3月，JDK10中的G1垃圾收集器实现了并行性来改善最坏情况下的延迟
• 2018年9月，JDK11发布，引入Epsilon GC，又称作“No-Op”（无操作）垃圾收集器。同时引入ZGC（可伸缩的低延迟垃圾收集器）
• 2019年3月，JDK12发布，增强G1，使得能够自动返还未用堆内存给操作系统。同时引入Shenandoah GC（低停顿时间的GC）
• 2019年3月，JDK13发布，增强ZGC，能够自动返还未用堆内存给操作系统
• 2020年3月，JDK14发布，删除CMS垃圾回收器，扩展ZGC在MacOS和Windows上的应用

​ 总结为七种经典的垃圾收集器：

• 串行垃圾回收器：Serial、Serial Old
• 并行垃圾回收器：ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old
• 并发垃圾回收器：CMS、G1

​ 七种垃圾回收器与垃圾分代之间的关系：

• 新生代收集器：Serial GC、Parallel Scavenge GC、ParNew
• 老年代收集器：Serial Old GC、Parallel Old GC、CMS
• 整堆收集器：G1

5 垃圾回收器的组合关系：

• 实现相连的垃圾回收器表示可以搭配使用：
  • Serial GC - Serial Old GC
  • ParNew GC - CMS GC
  • Parallel Scavenge GC - Parallel Old GC
  • 还有一条CMS GC - Serial Old GC表示CMS出现“Concurrent Mode Failure”后的备选方案
• （红色虚线）为了维护和兼容性测试的成本，在jdk1.8中将Serial GC-CMS GC的组合以及ParNew GC-Serial Old GC组合废弃了，在JDK9中进行了移除
• （绿色虚线）JDK14弃用了Parallel Scavenge GC - Serial Old GC的组合
• （青色虚线）JDK14删除了CMS GC

上面红色虚线的“维护和兼容性测试的成本”，主要是指的单线程垃圾收集器和多线程垃圾收集器同步工作的成本

Parallel Scavenge GC并没有和同为并行垃圾收集器的CMS配合工作，而ParNew可以的原因是Parallel Scavenge GC、Parallel Old GC所使用的架构和其他的垃圾收集器均不同

6 查看默认的垃圾回收器

• -XX:+PrintCommandLineFlags：查看命令行相关参数（包括垃圾收集器）
• 使用命令行指令：jinfo -flag 相关垃圾回收器参数 进程ID