JVM垃圾回收的算法和收集器

jvm三大垃圾收集算法

jvm常见的垃圾收集器

Serial收集器

新生代、单线程收集器，历史最悠久，使用复制算法，收集时需要暂停用户线程

Serial Old收集器

老年代、单线程收集器，使用标记整理，收集时需要暂停用户线程

ParNew收集器

年轻代、多线程收集器，实际上时Serial的多线程版本，收集时需要暂停用户线程，通常与CMS配合使用，也可以和Serial Old一起用

Parallel Scavenge收集器

新生代、多线程收集器，使用复制算法，Parallel Scavenge关注点是吞吐量，吞吐量=代码运行时间/(代码运行时间+垃圾回收时间)，例如代码运行时间是99s，垃圾回收1s，那么吞吐量就是99%
分别是控制最大垃圾收集停顿时间 的-XX:MaxGCPauseMillis参数，以及直接设置吞吐量大小的-XX:GCTimeRatio参数。

Parallel Old收集器

老年代、多线程收集，使用标记整理算法，Parallel Scavenge的老年代版本，

CMS收集器

老年代、多线程收集，使用标记清除算法，CMS关注的是减少暂停用户线程时间，
通常与ParNew一起使用，因为和Parallel Scavenge不兼容。

收集过程
1.初始标记，暂停用户线程，耗时短，并发标记GC root直接关联的节点
2.并发标记，无需暂停，较耗时长，并发标记整个对象图，但是可与用户线程并行
3.重新标记，暂停用户线程，耗时短，修正并发标记期间，出现变动的对象，这个阶段时间比并发标记短很多
4.并发清除，无需暂停，耗时长，并发清除那些标记为垃圾的对象

整个收集过程，耗时长的阶段都与用户线程并行，CMS垃圾回收时使用的线程数量 = (CPU核心数 + 3)/4。通常垃圾回收时只占用不超过25%的处理器资源比较合适，核心数比较多的话，这个值会更低，当时核心数低4时，受影响就比较大，如果超过一般，那么会用明显的影响。

关于浮动垃圾
CMS收集器时并发清除的，可能清除时产生新的垃圾，即「浮动垃圾」，CMS浮动垃圾当次收集没办法处理的，必须要等待下一次收集时处理。
由于CMS无法处理「浮动垃圾」，当CMS进行运行期间，如果剩余当空间无法满足新对象的分配需求，就有可能出现「Con-current Mode Failure」导致一次暂停用户线程的Full GC，临时启用Serial Old收集器来对老年代进行收集，我们可以通过

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction

参数来配置触发回收的百分比，默认是占用92%触发。

关于内存碎片
因为CMS是基于标记清除算法实现的垃圾回收器，没有进行压缩整理的过程，那么收集结束时，就会产生大量空间碎片，如果新对象无法分配足够的连续内存空间，那就会触发一次暂停用户线程的Full GC，可以通过

-XX:+UseCMS-CompactAtFullCollection

参数配置，Full GC几次后触发整理过程，默认时0，即每次都触发。

Garbage First收集器

G1是混合收集器(即收集老年代、也收集新生代)，多线程收集，G1将java堆划分成连续的region，每个region都可以按需要变长老年代或者新生代。region中还有一个叫Humongous的区域，专门用来存大对象的，一般大于region空间的一般的话，就判定为大对象。region的大小可以通过参数

-XX:G1Heap RegionSize

来配置，可以指定1MB～32MB，并且应该是2的N次幂，如果超过region的对象，就被放在多个连续的Humongous中

关于停顿时间
G1收集器可以通过

-XX:M axGCPauseM illis

来指定收集时间，默认是200ms，因为G1是将堆分成无数个小的region，所以他可以计算出历史收集每个单元的平均时间，根据这个时间，计算限定时间可以回收多少的region，但是这个时间只是做参考，并不一定完全相等，垃圾收集器是尽量往这个时间靠

关于记忆集和卡表
G1收集器因为使用的是region结构，那么就要维护双向的卡表，即A region指向B region的引用，同时也存了B region指向A region的引用，这样的话，卡表就会更占堆空间，按经验是占10%-20%空间。

TAMS
TAMS(Top at Mark Start)的指针，G1会把每个region中画出一个区域，用于新对象的创建，这个区域的边界就是用2个TAMS标记，因为G1是基于原始快照(SATB)算法来实现的，所以在TAMS之间新增的对象，默认不纳入本次回收的范围。

回收的步骤
1.初始标记，耗时短，需暂停用户线程，仅标记GC root直接关联的对象。
2.并发标记，耗时长，无需暂停用户线程，扫描整个对象图，并且处理原理快照(SATB)下引用变动的对象
3.最终标记，耗时短，需暂停用户线程，处理并发阶段仍然遗留的SATB引用变动
4.筛选回收，耗时可控，需暂停用户线程，根据用户配置的期望暂停时间，来制定回收计划，可以回收任意多个region，尽量往配置时间靠

与CMS比较
CMS基于标记清除，而G1整体看是基于标记整理，从region局部看是基于复制算法(2个region之间)，G1不会长生内存碎片，并且可以控制停顿时间。
G1的卡表会更加复杂(双向)，更占内存，CMS则更简单只需要保存老年代到新生代到即可。
CMS使用增量算法，这样会导致最终标记会暂用更多的时间，G1的原始快照就不会有这个问题。

所以综上来看，
如果java程序是cpu型的，那么可以考虑用G1去做，同时加大内存，例如内存大于6G
如果是内存型的那么用CMS去做，同时增加CPU以提高最终标记的效率。