HotSpot JVM虚拟机：垃圾收集算法、垃圾收集器及其应用

       在Hotspot JVM中，大致有以下四种垃圾收集算法：
       标记-清除(Mark-Sweep)算法：它是最基础的算法，分为2个阶段“标记”和“清除”：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完后统一回收掉所有被标的对象。之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的搜集算法都是基于这种思路并改进其缺点而来的。
       标记-清除算法主要有两个缺点：1、标记和清除的效率都不高；2、会产生许多内存速碎片，内存碎片会导致在运行时保分配较大的对象时，由于无法找到连续的内存而不得不提前触发一次垃圾收集操作。

         “标记-清除(Mark-Sweep)”算法示意图

        复制(copying)算法：该算法将JVM可用的内存按容量划分为对等的两块，每次只使用其中的一块，当其中一块使用完后，就将还存活的对象拷贝到另外一块上，然后把已使用过的内存一次清空。
        复制算法优点是实现简单，效率高，但是由于每次只使用一半的内存空间，这就会浪费掉一般的内存容量。
        另外，复制算法在对象存活率较高的情况下要执行较多的复制操作，效率会变低。

        标记-整理(mark-compact)算法：前期标记过程和“标记-清除(Mark-Sweep)”算法一样，但后续操作不是直接清除可回收对象，而是让所有存活的对象都向内存的一端移动，然后直接清理掉边界以外的内存。其示意图如下：

           “标记-整理(mark-compact)”算法示意图

        分代收集算法：当前JAVA商业虚拟机的垃圾收集都是采用“分代收集”算法，该苏算法主要根据对象的存活周期的不同将内存划分为几块。一般是把JAVA的堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点采用最恰当的手机算法。新生代中的对象大都“朝生夕死”，只有少量的存活，这样就可以选择复制算法；而老年代中对象因为存活率高、没有额外空间担保，就必须使用“标记-清除”或“标记-整理”算法来回收。


        圾收集器

                               Hotspot JVM 1.6的垃圾收集器种类示意图


         Serial垃圾收集器：单线程的垃圾收集器，适用于新生代。在触发该收集器时，必须暂停其他所有工作线程(该事件被SUN成为“Stop The World”)，直到它收集结束。
         “Stop The World”会给用户代码很不好的用户体验。
         ParNew垃圾收集器：Serial收集器的多线程版本，除了使用多个线程进行垃圾回收外，其他行为和Serial收集器完全一样，适用于新生代。
         Parallel Scavenge垃圾收集器：该收集器是使用复制算法、适用于新生代的垃圾收集器，其目的是达到一个可控制的吞吐量(Throughput)，从而最高效的利用CPU时间，尽快的完成任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务场景。
          Parallel Scavenge垃圾收集器主要提供两个参数用于精确控制吞吐量，分别是控制最大垃圾收集停顿时间的-XX:MaxGCPauseMillis和直接设置吞吐量大小的-XX:GCTimeRatio。
          处上述两个参数外，还有一个开关参数-XX:+UseAdaptiveSizePolicy，当设置这个参数后，既不需要手工指定新生代的大小等参数了，虚拟机会根据当前系统的允许情况动态调整这些参数。
          由于与吞吐量关系密切，Parallel Scavenge也被称为“吞吐量优先”的垃圾收集器。
          Serial Old垃圾收集器：老年代的单线程垃圾收集器。另外一个作用就是在CMS并发收集器发生Concurrent Mode Failure时使用。
          Parallel Old垃圾收集器：是Parallel Scavenge收集器的老年代的版本，使用多线程和“标记-整理”算法。该收集器是在JDK1.6中才有的。
          在注重吞吐量和CPU资源敏感的场景中，应首选Parallel Scavenge + Parallel Old的组合。
          CMS垃圾收集器：是以“用户响应优先”的并发垃圾收集器，基于“标记-清楚”算法实现的。
          该收集器执行垃圾回收时不会暂停其他工作线程，即不会发生“Stop The World”，它每次只清除部分垃圾；由于CMS是基于“标记—清除”算法实现的，故会产生大量内存碎片，这会给大对象分配带来大麻烦；于是CMS提供了一个-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection的开关参数，该参数会在每次触发一次Full GC后执行一个碎片整理操作，内存整理无法并发操作，于是空间碎片没有了但停顿时间不得不变长，然后就有了另外一个参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，用于设置执行多少次不压缩的Full GC后执行一次带压缩的Full GC。
          在注重用户响应体验的场景中，应首选ParNew + CMS的组合。