HotSpot虚拟机的垃圾收集器

Serial收集器

• 单线程收集器——只会使用一条收集线程去完成垃圾收集工作。
• 标记复制算法
• 垃圾收集时，要暂停所有用户线程
• HotSpot虚拟机运行在客户端模式下的默认新生代收集器
• 简单而且高效，额外内存消耗少，没有线程交互的开销等

ParNew收集器

• Serial收集器的多线程并行版本，多线程收集垃圾
• 标记复制算法
• 暂停所有的用户线程
• JDK9开始，ParNew从此只能和CMS互相搭配使用

Parallel Scavenge收集器

• 多线程收集器
• 标记复制算法
• 暂停所有的用户线程
• 达到一个可控制的吞吐量，“吞吐量优先收集器”（与ParNew收集器的区别）

Serial Old收集器

• Serial收集器的老年代版本
• 单线程收集器
• 标记整理算法
• 暂停所有的用户线程

Parallel Old收集器

• Parallel Old 是Parallel Scavenge收集器的老年代版本
• 标记整理算法
• 多线程收集器
• 在注重吞吐量或者处理器资源较为稀缺的场合，优先考虑Parallel Scavenge加Parallel Old收集器组合

CMS收集器(Concurrent Mark Sweep)

1. 一种以获得最短回收停顿时间为目标的垃圾收集器

2. 基于标记-清除算法，过程分为四个步骤：

   • 初始标记(CMS initial mark)
     仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，需要暂停所有用户线程。
   • 并发标记(CMS concurrent mark)
     从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图，不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集器线程并发执行。
   • 重新标记(CMS remark)
     修正并发标记期间，因为用户线程继续工作导致的产生变动的那一部分对象的标记记录。需要暂停所有用户线程。
   • 并发清除(CMS concurrent sweep)
     清除掉所有标记已经死亡的对象，因为不需要移动存活的对象，所以清除可以与用户线程并发执行。

3. 优点

   • 并发标记和并发清除两个耗时长的阶段，垃圾收集线程可以与用户线程并发执行；
   • 低停顿，只有初始标记和重新标记两个耗时较短的阶段需要暂停所有用户线程。

4. 缺点

   • 对处理器资源敏感，并发需要占用处理器时间
   • 因为并发期间用户线程仍旧在运行，可能导致一部分垃圾对象当次无法回收，这部分垃圾对象称为浮动垃圾。另外还必须预留一部分空间在并发收集时提供给用户线程使用。一旦不能满足用户线程分配新的对象，出现并发失败(Concurrent Mode Failure)，这时不得不冻结所有用户线程，临时启用Serial Old收集器重新收集老年代垃圾
   • 基于标记-清除算法的CMS会产生内存空间碎片

Garbage First收集器(G1收集器)

1. G1的基础概念

   • 面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式
   • 把连续的Java堆划分为多个大小相等的独立区域(Region)
   • Region作为单次回收的最小单元，每次收集到的内存空间都是Region大小的整数倍
   • 优先处理回收价值收益最大的那些Region
   • 每个Region维护自己的记忆集，记录别的Region指向自己的指针
   • 大对象存储在Humongous区域
   • 如果内存回收的速度赶不上内存分配速度，G1收集器也要被迫暂停所有用户线程，执行Full GC

2. G1收集器执行步骤

   • 初始标记(Initial Marking)
     仅仅标记一个GC Roots直接关联到的对象，需要暂停用户线程
   • 并发标记(Concurrent Marking)
     遍历整个堆里的对象图，标记要回收的对象，与用户线程并发执行
   • 最终标记(Final Marking)
     暂停用户线程，处理并发标记阶段变动的对象
   • 筛选回收(Live Data Counting and Evacuation)
     更新Region的统计数据，根据回收价值和成本排序，并且制定回收计划。把决定回收的那一部分Region存活的对象复制到空的Region中，再清理掉旧的Region的空间。因为涉及对象移动，必须暂停用户线程，多条收集器线程并行完成。

与CMS收集器收集步骤比较，最大的改变就是最后一步回收垃圾的过程，CMS直接清除已经死亡的对象，而G1针对Region中存活的对象进行整理复制。

从G1开始，垃圾收集器设计思想不再追求将整个Java堆清理干净，而是追求能够应付应用的内存分配速率。

3. CMS收集器和G1收集器的比较
   • G1不会产生内存空间碎片，CMS会产生内存空间碎片
     G1对Region内存进行复制整理，CMS基于标记-清除算法
   • G1占用的内存高于CMS
     G1每个Region都维护自己的记忆集，而CMS只需要唯一一份
   • G1运行时额外的负载要比CMS高
     G1对写屏障的复杂操作比CMS消耗更多的运算资源

小内存应用上CMS表现大概率会优于G1，反之大内存应用上G1则更具优势。