收集算法是內(nèi)存回收的方法論，那么收集器就是收集算法的實(shí)現(xiàn)洼专。

下圖展示了7種作用于不同分代的收集器棒掠，如果收集器之間存在連線，就說(shuō)明他們可以搭配使用屁商。虛擬機(jī)所處的區(qū)域烟很，則表示它是屬于新生代收集器還是老年代收集器。

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Serial收集器-新生代收集器

Serial收集器是最基本蜡镶、最悠久的收集器雾袱。這個(gè)收集器是一個(gè)單線程收集器，在它進(jìn)行垃圾收集時(shí)官还，必須停掉所有其他的工作線程芹橡，然后以一條收集線程進(jìn)行垃圾收集，直到收集工作結(jié)束望伦，才可以恢復(fù)其他工作線程僻族。這對(duì)于許多應(yīng)用是難以接受的粘驰。但是對(duì)Client（客戶端）模式的虛擬機(jī)來(lái)說(shuō)，Serial收集器是一個(gè)不錯(cuò)的選擇述么，因?yàn)樵谧烂娑藨?yīng)用蝌数，分配給虛擬機(jī)的內(nèi)存不會(huì)太大，收集幾十兆到幾百兆的新生代內(nèi)存停頓時(shí)間完全可以控制在幾十毫秒度秘。

參數(shù)控制：-XX:+UseSerialGC 串行收集器

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ParNew收集器-新生代收集器

ParNew收集器其實(shí)就是Serial收集器的多線程版本顶伞，除了使用多協(xié)調(diào)線程進(jìn)行垃圾收集外，其余的Serial收集器完全一樣剑梳。ParNew收集器在單CPU或CPU數(shù)量少的環(huán)境中性能不會(huì)有比Serial收集器更好的結(jié)果唆貌，但是隨著CPU數(shù)量的增多，它GC時(shí)對(duì)CPU資源的的有效利用還是很有好處的垢乙，所以它是許多運(yùn)行在Server模式下的虛擬機(jī)的首先新生代收集器锨咙。

參數(shù)控制：

-XX:+UseParNewGC ParNew收集器
-XX:ParallelGCThreads 限制線程數(shù)量

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Parallel Scavenge收集器-新生代收集器

它看上去似乎與ParNew一樣，但是它的目標(biāo)是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量（吞吐量 = 運(yùn)行用戶代碼時(shí)間 / （運(yùn)行用戶代碼時(shí)間 + GC時(shí)間））追逮。停頓時(shí)間越短酪刀，就越適合與用戶交互的程序，因?yàn)榱己玫捻憫?yīng)時(shí)間可以提高用戶的體驗(yàn)钮孵，而吞吐量則可以高效利用CPU時(shí)間盡快完成程序的計(jì)算任務(wù)骂倘，主要適合在后臺(tái)運(yùn)算而需要交互任務(wù)。

Parallel Old收集器-老年代收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本巴席，使用多線程和“標(biāo)記－整理”算法历涝。這個(gè)收集器是在JDK 1.6中才開始提供

參數(shù)控制： -XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel收集器+ 老年代并行

CMS收集器-老年代收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。目前很大一部分的Java應(yīng)用都集中在互聯(lián)網(wǎng)站或B/S系統(tǒng)的服務(wù)端上漾唉，這類應(yīng)用尤其重視服務(wù)的響應(yīng)速度荧库，希望系統(tǒng)停頓時(shí)間最短，以給用戶帶來(lái)較好的體驗(yàn)赵刑。

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從名字（包含Mark Sweep）上就可以看出CMS收集器是基于“標(biāo)記-清除”算法實(shí)現(xiàn)的分衫，它的運(yùn)作過(guò)程相對(duì)于前面幾種收集器來(lái)說(shuō)要更復(fù)雜一些，整個(gè)過(guò)程分為4個(gè)步驟料睛，包括：

• 1丐箩、初始標(biāo)記（CMS initial mark）：僅僅只是標(biāo)記一下GC Roots能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象，速度很快恤煞，需要停頓屎勘。
• 2、并發(fā)標(biāo)記（CMS concurrent mark）：進(jìn)行GC Roots Tracing的過(guò)程居扒，它在整個(gè)回收過(guò)程中耗時(shí)最長(zhǎng)概漱，不需要停頓。
• 3喜喂、重新標(biāo)記（CMS remark）：為了修正并發(fā)標(biāo)記期間瓤摧，因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄竿裂，需要停頓。
• 4照弥、并發(fā)清除（CMS concurrent sweep）：不需要停頓腻异。

由于整個(gè)過(guò)程中耗時(shí)最長(zhǎng)的并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除過(guò)程中，收集器線程都可以與用戶線程一起工作这揣，所以總體上來(lái)說(shuō)悔常，CMS收集器的內(nèi)存回收過(guò)程是與用戶線程一起并發(fā)地執(zhí)行。老年代收集器（新生代使用ParNew）

優(yōu)點(diǎn): 并發(fā)收集给赞、低停頓
缺點(diǎn): 產(chǎn)生大量空間碎片机打、并發(fā)階段會(huì)降低吞吐量

參數(shù)控制：

-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用CMS收集器
-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection Full GC后，進(jìn)行一次碎片整理片迅；整理過(guò)程是獨(dú)占的残邀，會(huì)引起停頓時(shí)間變長(zhǎng)
-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction 設(shè)置進(jìn)行幾次Full GC后柑蛇，進(jìn)行一次碎片整理
-XX:ParallelCMSThreads 設(shè)定CMS的線程數(shù)量（一般情況約等于可用CPU數(shù)量）

G1收集器

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G1是目前技術(shù)發(fā)展的最前沿成果之一芥挣，是面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器。HotSpot開發(fā)團(tuán)隊(duì)賦予它的使命是未來(lái)可以替換掉JDK1.5中發(fā)布的CMS收集器唯蝶。與CMS收集器相比G1收集器有一下特點(diǎn)：

• 1九秀、并行與并發(fā)：能充分利用CPU環(huán)境下的硬件優(yōu)勢(shì)遗嗽，使用多個(gè)CPU來(lái)縮短停頓的時(shí)間粘我。
• 2、分代收集：雖然它不需要其它收集器配合就能獨(dú)立管理整個(gè)GC堆痹换，但它能夠采用不同方式去處理新創(chuàng)建的對(duì)象和已存活一段時(shí)間征字、熬過(guò)多次GC的舊對(duì)象來(lái)獲取更好的收集效果。
• 3娇豫、空間整合：整體來(lái)看是基于“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)的收集器匙姜，從局部（兩個(gè)Region之間）上來(lái)看是基于“復(fù)制”算法實(shí)現(xiàn)的，這意味著運(yùn)行期間不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存空間碎片冯痢。
• 可預(yù)測(cè)停頓：這是它相對(duì)CMS的一大優(yōu)勢(shì)氮昧，降低停頓時(shí)間是G1和CMS共同的關(guān)注點(diǎn)，但G1除了降低停頓外浦楣，還能建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型袖肥，能讓使用者明確指定在一個(gè)長(zhǎng)度為M毫秒的時(shí)間片段內(nèi)，消耗在GC上的時(shí)間不能超過(guò)N毫秒振劳，這幾乎已經(jīng)是實(shí)時(shí)Java（RTSJ）的垃圾收集器的特征了椎组。

在 G1 之前的其他收集器進(jìn)行收集的范圍都是整個(gè)新生代或者老生代，而 G1 不再是這樣历恐，Java 堆的內(nèi)存布局與其他收集器有很大區(qū)別寸癌，將整個(gè) Java 堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region）专筷。雖然還保留新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔離的了蒸苇，而都是一部分Region（不需要連續(xù)）的集合磷蛹。

之所以能建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型，是因?yàn)樗梢杂杏?jì)劃地避免在整個(gè) Java 堆中進(jìn)行全區(qū)域的垃圾收集溪烤。它跟蹤各個(gè) Region里面的垃圾堆積的價(jià)值大邢夷簟（回收所獲得的空間大小以及回收所需時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值），在后臺(tái)維護(hù)一個(gè)優(yōu)先列表氛什，每次根據(jù)允許的收集時(shí)間莺葫，優(yōu)先回收價(jià)值最大的 Region（這也就是 Garbage-First名稱的來(lái)由）。這種使用 Region 劃分內(nèi)存空間以及有優(yōu)先級(jí)的區(qū)域回收方式枪眉，保證了它在有限的時(shí)間內(nèi)可以獲取盡可能高的收集效率捺檬。

Region不可能是孤立的，一個(gè)對(duì)象分配在某個(gè) Region 中贸铜，可以與整個(gè) Java 堆任意的對(duì)象發(fā)生引用關(guān)系堡纬。在做可達(dá)性分析確定對(duì)象是否存活的時(shí)候，需要掃描整個(gè) Java 堆才能保證準(zhǔn)確性蒿秦，這顯然是對(duì) GC 效率的極大傷害烤镐。為了避免全堆掃描的發(fā)生，每個(gè)Region都維護(hù)了一個(gè)與之對(duì)應(yīng)的 Remembered Set棍鳖。虛擬機(jī)發(fā)現(xiàn)程序在對(duì)Reference類型的數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作時(shí)炮叶，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)Write Barrier暫時(shí)中斷寫操作，檢查 Reference引用的對(duì)象是否處于不同的 Region之中渡处，如果是镜悉，便通過(guò) CardTable把相關(guān)引用信息記錄到被引用對(duì)象所屬的 Region 的Remembered Set之中。當(dāng)進(jìn)行內(nèi)存回收時(shí)医瘫，在 GC 根節(jié)點(diǎn)的枚舉范圍中加入Remembered Set即可保證不對(duì)全堆掃描也不會(huì)有遺漏侣肄。

七種垃圾收集器的比較

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內(nèi)存分配與回收策略

對(duì)象的內(nèi)存分配，也就是在堆上分配醇份。主要分配在新生代的Eden區(qū)上稼锅，少數(shù)情況下也可以直接分配在老年代中。

1.優(yōu)先在Eden分配

大多數(shù)情況下僚纷，對(duì)象在新生代Eden區(qū)分配矩距，當(dāng)Eden區(qū)間不夠時(shí)，發(fā)起Minor GC畔濒。

從新生代（包括Eden和Survivor區(qū)域）回收內(nèi)存被稱為Minor GC剩晴。

清理整個(gè)堆空間包括新生代和老年代被稱為Full GC。

關(guān)于Minor GC和Full GC：

• Minor GC：發(fā)生在新生代上，因?yàn)樾律鷮?duì)象存活時(shí)間很短赞弥，因此Minor GC會(huì)頻繁執(zhí)行毅整，執(zhí)行的速度一般也會(huì)比較快。
• Full GC：發(fā)生在老年代上绽左，老年代對(duì)象和新生代對(duì)象相反悼嫉，其存活時(shí)間很長(zhǎng)，因此Full GC很少執(zhí)行拼窥，而且執(zhí)行速度會(huì)比Minor GC慢很多戏蔑。

2.大對(duì)象直接進(jìn)入老年代

大對(duì)象是指需要連續(xù)內(nèi)存空間的對(duì)象，最典型的大對(duì)象是那種很長(zhǎng)的字符串以及數(shù)組鲁纠。經(jīng)常出現(xiàn)大對(duì)象會(huì)提前觸發(fā)垃圾收集以獲取足夠的連續(xù)空間分配給大對(duì)象总棵。

3.長(zhǎng)期存活的對(duì)象進(jìn)入老年代

虛擬機(jī)給每個(gè)對(duì)象定義了一個(gè)對(duì)象年齡（Age）計(jì)數(shù)器，如果對(duì)象在Eden出生并經(jīng)過(guò)第一次Minor GC后仍然存活改含，并且能被Survivor區(qū)容納的話情龄，將被移動(dòng)到Survivor空間中，并且對(duì)象年齡設(shè)為1捍壤。對(duì)象在Survivor區(qū)中每“熬過(guò)”一次Minor GC骤视，年齡就增加1歲，當(dāng)它的年齡增加到一定程度（默認(rèn)15歲）鹃觉，就將會(huì)被晉升到老年代中专酗。對(duì)象晉升老年代的年齡閾值，可以通過(guò)參數(shù)-XX:MaxTenuringThreshold設(shè)置

4.動(dòng)態(tài)對(duì)象年齡判定

為了能更好的適應(yīng)不同程序的內(nèi)存狀況盗扇，虛擬機(jī)并不是永遠(yuǎn)地要求對(duì)象的年齡必須達(dá)到了MaxTenuringThreshold才能晉升老年代祷肯，如果在Survivor空間中相同年齡所有對(duì)象大小的總和大于Survivor空間的一半，年齡大于或者等于該年齡的對(duì)象就可以直接進(jìn)入老年代粱玲，無(wú)須等到MaxTenuringThreshold中要求的年齡躬柬。

5.空間分配擔(dān)保

在發(fā)生 Minor GC之前拜轨，JVM 先檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于新生代所有對(duì)象總空間抽减，如果條件成立的話，那么Minor GC可以確認(rèn)是安全的橄碾；如果不成立的話 JVM 會(huì)查看 HandlePromotionFailure設(shè)置值是否允許擔(dān)保失敗卵沉，如果允許那么就會(huì)繼續(xù)檢查老年代最大可用的連續(xù)空間是否大于歷次晉升到老年代對(duì)象的平均大小，如果大于法牲，將嘗試著進(jìn)行一次Minor GC史汗，盡管這次 Minor GC是有風(fēng)險(xiǎn)的；如果小于拒垃，或者 HandlePromotionFailure設(shè)置不允許冒險(xiǎn)停撞，那這時(shí)也要改為進(jìn)行一次 Full GC。

參考資料

https://github.com/Michaeljian/Interview-Notebook/blob/master/notes/JVM.md