JVM垃圾收集器

1.垃圾收集算法

1.1 标记-复制算法

将内存分为大小相同的两块，每次使用其中的一块。当这一块的内存使用完后，就将还存活的对象复制到另一块去，然后再把使用的空间一次清理掉。每次的内存回收都是对内存区间的一半空间进行回收。年轻代垃圾回收都采用此算法。

回收前

回收后

1.2 标记-清除算法

也可以反过来，标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一清理所有被标记的对象。是最基础的收集算法，比较简单，但是会带来两个明显的问题：

效率问题 (如果标记的对象太多，效率不高)
空间问题(标记清理后会产生大量不连续的内存碎片)

回收前

回收后

1.3 标记-整理算法

分为两个主要阶段：标记阶段和整理阶段；标记所有存活对象，将所有存活的对象向一端移动，然后清理掉剩余的内存空间，释放未被使用的内存，最后更新所有对象的引用，使其指向新的内存位置。

回收前

回收后

2.垃圾收集器

（图片来源于网络）

2.1 Serial收集器

是一个单线程收集器，它只会使用一条垃圾收集线程去完成垃圾收集工作，在进行垃圾收集工作的时候会暂停其他所有的工作线程(Stop The World)，直到收集结束。

年轻代采用：标记-复制算法 -XX:+UseSerialGC

老年代采用：标记-整理算法 -XX:+UseSerialOldGC

（图片来源于网络）

2.2 Parallel收集器

Parallel收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，除了使用多线程进行垃圾收集外，其余和Serial收集器类似。默认的GC线程数跟cpu核数相同，也可以用参数(-XX:ParallelGCThreads)指定GC线程数，一般不推荐修改。

年轻代采用：标记-复制算法 -XX:+UseParallelGC

老年代采用：标记-整理算法 -XX:+UseParallelOldGC

（图片来源网络）

2.3 ParNew收集器

ParNew收集器跟Parallel收集器类似，主要区别是ParNew可以和CMS收集器配合使用。

ParNew只有年轻代，其算法标记-复制算法 -XX:+UseParNewGC

（图片来源于网络）

2.4 CMS收集器

CMS收集器是以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。注重用户体验，第一次实现了让GC线程与工作线程同时工作。整个过程分为五个步骤。

2.4.1 初始标记

暂停所有的其他线程(STW)，GC线程记录下gc root的直接能引用对象，速度很快。

2.4.2 并发标记

并发标记阶段从gc root的直接引用对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行。因为用户程序继续运行，可能会有导致已经标记过的对象状态发生改变。

2.4.3 重新标记

重新标记阶段就是为了修复并发标记期间因为用户程序继续运行而导致标记有生变化的那一部分对象的标记记录(主要处理漏标问题)，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段的时间长，远比并发标记阶段时间短。主要用到三色标记里的增量更新算法做重新标记。

2.4.4 并发清理

用户线程与GC线程同时运行，GC线程开始对未标记的区域做清理。这个阶段如果有新增对象会被标记为黑色不做任何处理。

2.4.5 并发重置

重置本次GC过程中的标记数据。

（图片来源于网络）

主要优点:并发收集、低停顿。

缺点：

1.对CPU资源敏感(会和服务抢资源)

2.无法处理浮动垃圾(在并发标记和并发清理阶段产生的垃圾，这种浮动垃圾只能等到下一次gc再清理)

3.使用的回收算法-" 标记**-** 清除**"**算法会导致收集结束时会有大量空间碎片产生，当然通过参数:

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection可以让jvm在执行完标记清除后再做整理。

4.执行过程中的不确定性，会存在上一次GC还没执行完，然后GC又被触发的情况，特别是在并发标记和并发清理阶段会出现，一边回收，系统一边运行，可能还没没回收完就再次触发full gc，此时直接STW，并用serial old垃圾收集器来回收。

2.4.6 CMS的相关核心参数

-XX:+UseConcMarkSweepGC:启用cms
-XX:ConcGCThreads:并发的GC线程数
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:FullGC之后做压缩整理(减少碎片)
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction:多少次FullGC之后压缩一次，默认是0，每次FullGC后都会压缩一次。
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction: 当老年代使用达到设置比例时触发FullGC(默认是92，百分比)
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly:只使用设定的回收阈值(-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设定的值)，如果不指定， JVM仅在第一次使用设定值，后续则会自动调整
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark:在Full GC前执行一次minor gc，降低Full GC标记阶段的时间开销。
-XX:+CMSParallellnitialMarkEnabled:表示在初始标记的时候多线程执行，缩短STW。
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled:在重新标记的时候多线程执行，缩短STW。

3.三色标记算法

把Gc roots可达性分析遍历对象过程中遇到的对象，按照"是否访问过"这个条件标记成以下三种颜色:

黑色: 表示对象已经被垃圾收集器访问过，且这个对象的所有引用都已经扫描过。黑色的对象代表已经扫描过，它是安全存活的，如果有其他对象引用指向了黑色对象，无须重新扫描一遍。黑色对象不可能直接(不经过灰色对象) 指向某个白色对象。
灰色: 表示对象已经被垃圾收集器访问过，但这个对象上至少存在一个引用还没有被扫描过。
白色: 表示对象尚未被垃圾收集器访问过。显然在可达性分析刚刚开始的阶段，所有的对象都是白色的，若在分析结束的阶段，仍然是白色的对象，即代表不可达。

（图片来源于网络）

3.1 多标-浮动垃圾

在并发标记过程中，如果由于方法运行结束导致部分局部变量(gcroot)被销毁，这个gcroot引用的对象之前又被扫描过(被标记为非垃圾对象)，那么本轮GC不会回收这部分内存。这部分本应该回收但是没有回收到的内存，被称之为"浮动垃圾"。浮动垃圾并不会影响垃圾回收的正确性，只是需要等到下一轮垃圾回收中才被清除。另外针对并发标记(还有并发清理)开始后产生的新对象，通常的做法是直接全部当成黑色，本轮不会进行清除。这部分对象期间可能也会变为垃圾，这也算是浮动垃圾的一部分。

3.2 漏标

漏标会导致被引用的对象被当成垃圾误删除，是严重bug，必须解决，有两种解决方案: 增量更新和原始快照。

3.2.1 增量更新

当黑色对象插入新的指向白色对象的引用关系时，就将这个新插入的引用记录下来，等并发扫描结束之后，再将这些记录过的引用关系中的黑色对象为根，重新扫描一次。简单来书就是黑色对象一旦新插入了指向白色对象的引用之后，它就变为灰色对象。

3.2.2 原始快照

当灰色对象要删除指向白色对象的引用关系时，将这个要删除的引用记录下来，在并发扫描结束后，将这些记录过的引用关系中的灰色对象为根，重新扫描一次，这样就能扫描到白色的对象，将白色对象直接标记为黑色(目的就是让这种对象在本轮gc清理中能存活下来，待下一轮gc的时候重新扫描，这个对象也有可能是浮动垃圾)