【Java核心-进阶】常见垃圾收集器

垃圾收集器（GC, Garbage Collector）与具体 JVM 实现有关。不同厂商，不同版本的 JVM，其所提供的 GC 也不同。

 

1. 常见GC

1.1 Serial GC

它是 JVM 在 client 模式下的默认设置。

“serial”体现在其收集活动是单线程的，且会进入 STW（Stop-The-World）状态。

特点是暂用资源少。

它采用 “标记-整理”算法（Mark - Compact）

JVM参数：-XX:+UseSerialGC

 

1.2 ParNew GC

针对新生代的GC。它是 Serial GC 的多线程版本。

一般配合老年代的 CMS GC 使用。如：

-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC

 

1.3 CMS GC （Concurrent Mark Sweep）

基于 “标记-清除” 算法（Mark - Sweep）。其设计目标是尽量减少停顿时间。

它的缺点是会产生内存碎片。应用长时间运行情况下会产生 Full GC，停顿严重。

另外，因为是并发模式进行的，CMS 会占用更多CPU资源（与用户线程争抢）

在 JDK9 中，该GC已被标记为废弃（deprecated）

 

1.4 Parallel GC

它是 JDK8 中 JVM 在 server 模式下的默认设置；被称为 “吞吐量优先” 的GC。

特点是，新生代和老年代 GC 都是并行的，在常见服务器环境中更高效。

JVM参数：

开启Parallel GC：-XX:+UseParallelGC

设置最长暂停时间：-XX:MaxGCPauseMillis=value

设置GC时间和用户时间比：-XX:GCTimeRatio=value

 

1.5 G1 GC

兼顾吞吐量和停顿时间的GC。这是 JDK9 之后 server 模式下的默认设置。

G1 未必能做到 CMS 在最好情况下的延时停顿，但最差情况要好得多。

G1 的堆内存分配有年代之分，但不是简单的条带式划分，而是一个个 Region。

Region 之间采用复制算法，但整体上是 “标记 - 整理” 算法，可以有效避免内存碎片。

当堆容量非常大时（大于 16G），G1 的优势很明显。

总体而言 G1 的吞吐量和停顿表现都不错，值得使用。

 

 

2. 垃圾收集的原理

2.1 识别哪些内存可以被释放

2.1.1 对于堆中的对象

有两种基本算法来判断某个对象是否可以被回收：

2.1.1.1 引用计数

记录每个对象被引用的数量（扇入）；当该计数为0时，表示它可以被回收。

因为很难处理循环引用的场景，Java 采用的是可达性分析

 

2.1.1.2 可达性分析

将所有对象及其引用关系当作一个图；

把其中活动的对象作为 GC Roots （根引用）；

通过追踪引用链判断一个对象是否从 GC Roots 可达；如果不可达，则表示该对象可以被回收。

JVM中，虚拟机栈和本地方法栈中的对象、静态属性引用的对象和常量，都属于 GC Roots

 

2.1.2 对于方法区中的元数据

回收类只能通过回收相应的类加载器实现；

而初始化类加载器只有在退出JVM时才回收，所以一般都是回收被自定义类加载器加载类。

一般在大量使用动态类型的场景下才会有必要回收类，以防止元数据区 OOM。

而且JDK 8u40 以后 G1 默认开启类卸载，所以总体来说不用太担心这方面的问题：

-XX:+ClassUnloadingWithConcurrentMark

 

（可通过设置 JVM 参数 -XX:+TraceClassUnloading 查看类型卸载信息）

 

2.2 常见基本垃圾收集算法

注：现实中 GC 所采用的算法是复合算法，且有并行和并发

 

2.2.1 复制

将活着的对象复制到另一块区域，且在这个过程中将这些对象放到连续内存空间，以此减少内存碎片。

缺点：因为要预留一块内存进行复制，这块内存区域不能用于实际的业务，所以有一定的浪费。

在 G1 GC 中还需额外维护 Region 之间的对象引用关系。

 

2.2.2 标记 - 清除 （Mark - Sweep）

先将所有需要被回收的对象标记出来，然后再进行清除。

缺点：容易出现内存碎片，Full GC 时暂停时间过长，不适合大堆。

 

2.2.3 标记 - 整理（Mark - Compact）

与 “标记 - 清除” 类似。但它会在清理过程中移动对象，使对象占用连续的内存空间。这样可以减少内存碎片。