聊聊JVM中分代垃圾回收(收集)器

JVM提供了很多个收集器，目前主要有Serial，ParNew, Paralle Scavenge
(这三个都是新生代)，Serial Old，Paralle Old，CMS(这三个都是老年代)，G1。当前用的最多的是 CMS和G1。

• Serial 和 SerialOld 单线程，简单高效。进行GC的时候会把所有工作线程停掉，是早期的回收器。

• ParNew是Serial的并发版本，都是新生代收集器

• Paralle Scavenge(采用复制算法,吞吐量优先收集器) 和 Paralle Scavenge Old(标记-整理) 组合追求吞吐量，可以高效的利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，适合在后台运算而不需要太多交互的程序。

• CMS 是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。对于尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验的系统很适合。采用标记清除算法，所以缺点就是会有大量的空间碎片。

连线表示两个收集器可以搭配使用，虚拟机所在的区域表示它是属于新生代还是老年代收集器(上面是新生代，下面是老年代)。

【1】为什么要分代？

分代的垃圾回收策略，是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。

在Java程序运行的过程中，会产生大量的对象，其中有些对象是与业务信息相关，比如Http请求中的Session对象、线程、Socket连接，这类对象跟业务直接挂钩，因此生命周期比较长。但是还有一些对象，主要是程序运行过程中生成的临时变量，这些对象生命周期会比较短，比如：String对象，由于其不变类的特性，系统会产生大量的这些对象，有些对象甚至只用一次即可回收。

试想，在不进行对象存活时间区分的情况下，每次垃圾回收都是对整个堆空间进行回收，花费时间相对会长。同时，因为每次回收都需要遍历所有存活对象，但实际上，对于生命周期长的对象而言，这种遍历是没有效果的，因为可能进行了很多次遍历，但是他们依旧存在。

因此，分代垃圾回收采用分治的思想，进行代的划分，把不同生命周期的对象放在不同代上，不同代上采用最适合它的垃圾回收方式进行回收。

【2】如何分代？

如图所示，虚拟机中的共划分为三个代：年轻代（Young Generation）、年老代（Old Generation）和持久代（Permanent Generation）。其中持久代主要存放的是Java类的类信息，与垃圾收集要收集的Java对象关系不大。年轻代和年老代的划分是对垃圾收集影响比较大的。

① 年轻代

所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。年轻代分三个区。一个Eden区，两个Survivor区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。

当Eden空间不足时，触发Minor GC，还存活的对象将被转移到Survivor区（两个中的一个）；当这个Survivor区满时，此区的存活对象将被转移到另外一个Survivor区；当这个Survivor区也满了的时候，从第一个Survivor区转移过来的并且此时还存活的对象，将被转移到“年老代(Tenured)”。

需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系。所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来对象和从前一个Survivor复制过来的对象。而复制到年老区的只有从第一个Survivor区过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。同时，根据程序需要，Survivor区是可以配置为多个的（多于两个），这样可以增加对象在年轻代中的存在时间，减少被放到年老代的可能。

② 年老代

在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象，就会被放到年老代中。因此，可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。

③ 持久代

持久代对垃圾回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例如Hibernate等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=<N>进行设置(jdk1.8后被元空间取代)。

【3】什么情况下触发垃圾回收

由于对象进行了分代处理，因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型：Young GC(Minor GC)和Full GC(Major GC)。

针对HotSpot VM的实现，它里面的GC其实准确分类只有两大种：

• Partial GC：并不收集整个GC堆的模式
  • Young GC：只收集young gen的GC
  • Old GC：只收集old gen的GC。只有CMS的concurrent collection是这个模式
  • Mixed GC：收集整个young gen以及部分old gen的GC。只有G1有这个模式
• Full GC：收集整个堆，包括young gen、old gen、perm gen（如果存在的话）等所有部分的模式。

① Young GC

一般情况下，当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时，就会触发Young GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。

然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对年轻代的Eden区进行，不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的，同时Eden区不会分配的很大，所以Eden区的GC会频繁进行。

因而，一般在这里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能尽快空闲出来。

注意young GC中有部分存活对象会晋升到old gen，所以young GC后old gen的占用量通常会有所升高。

新生代通常存活时间较短通常基于Copying算法进行回收，所谓Copying算法就是扫描出存活的对象，并复制到一块新的完全未使用的空间中，对应于新生代，就是在Eden和FromSpace或ToSpace之间copy。新生代采用空闲指针的方式来控制GC触发，指针保持最后一个分配的对象在新生代区间的位置，当有新的对象要分配内存时，用于检查空间是否足够，不够就触发GC。当连续分配对象时，对象会逐渐从Eden到Survivor，最后到老年代。

② Full GC

老年代与新生代不同，老年代对象存活的时间比较长、比较稳定，因此通常采用标记(Mark)算法来进行回收，所谓标记就是扫描出存活的对象，然后再进行回收未被标记的对象，回收后对用空出的空间要么进行合并、要么标记出来便于下次进行分配，总之目的就是要减少内存碎片带来的效率损耗。

在执行机制上JVM提供了串行GC(Serial MSC)、并行GC(Parallel MSC)和并发标记清理垃圾回收(Concurrent Mark and Sweep GC）。

• 串行GC（Serial MSC）
  client模式下的默认GC方式，可通过-XX:+UseSerialGC强制指定。每次进行全部回收，进行Compact，非常耗费时间。

• 并行GC（Parallel MSC）(吞吐量大，但是GC的时候响应很慢)
  server模式下的默认GC方式，也可用-XX:+UseParallelGC=强制指定。

• 并发GC（CMS）(响应比并行gc快很多，但是牺牲了一定的吞吐量)

使用CMS是为了减少GC执行时的停顿时间，垃圾回收线程和应用线程同时执行，可以使用-XX:+UseConcMarkSweepGC=指定使用。CMS每次回收只停顿很短的时间，分别在开始的时候（Initial Marking），和中间（Final Marking）的时候，第二次时间略长。CMS一个比较大的问题是碎片和浮动垃圾问题（Floating Gabage）。碎片是由于CMS默认不对内存进行Compact所致，可以通过-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection–使用并发收集器时，开启对年老代的压缩。

对整个堆进行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因为需要对整个堆进行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC的次数。在对JVM调优的过程中，很大一部分工作就是对于FullGC的调节。

有如下原因可能导致Full GC。

• 年老代（Tenured）被写满
  当准备要触发一次young GC时，如果发现统计数据说之前young GC的平均晋升大小比目前old gen剩余的空间大，则不会触发young GC而是转为触发full GC（因为HotSpot VM的GC里，除了CMS的concurrent collection之外，其它能收集old gen的GC都会同时收集整个GC堆，包括young gen，所以不需要事先触发一次单独的young GC）。
• 持久代（Perm）被写满
• System.gc()被显示调用
• 上一次GC之后Heap的各域分配策略动态变化

【4】分代垃圾回收流程示意图

【5】选择合适的垃圾收集器

① 串行收集器(Serial、Serial Old)

用单线程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，所以效率比较高。但是，也无法使用多处理器的优势，所以此收集器适合单处理器机器。当然，此收集器也可以用在小数据量（100M左右）情况下的多处理器机器上。可以使用-XX:+UseSerialGC打开。

② 并行收集器(ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old)

对年轻代进行并行垃圾回收，因此可以减少垃圾回收时间。一般在多线程多处理器机器上使用。使用-XX:+UseParallelGC.打开。并行收集器在J2SE5.0第6更新上引入，在Java SE6.0中进行了增强–可以对年老代进行并行收集。如果年老代不使用并发收集的话，默认是使用单线程进行垃圾回收，因此会制约扩展能力。使用-XX:+UseParallelOldGC打开。使用-XX:ParallelGCThreads=<N>设置并行垃圾回收的线程数。此值可以设置与机器处理器数量相等。

Parallel Scavenge收集器可以进行如下配置：

• 最大垃圾回收暂停:指定垃圾回收时的最长暂停时间，通过-XX:MaxGCPauseMillis=<N>指定，<N>为毫秒。如果指定了此值的话，堆大小和垃圾回收相关参数会进行调整以达到指定值。设定此值可能会减少应用的吞吐量。
• 吞吐量:吞吐量为垃圾回收时间与非垃圾回收时间的比值，通过-XX:GCTimeRatio=<N>来设定，公式为1/（1+N）。例如，-XX:GCTimeRatio=19时，表示5%的时间用于垃圾回收。默认情况为99，即1%的时间用于垃圾回收。

③ 并发收集器(CMS)

可以保证大部分工作都并发进行（应用不停止），垃圾回收只暂停很少的时间，此收集器适合对响应时间要求比较高的中、大规模应用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打开。

并发收集器主要减少年老代的暂停时间，在应用不停止的情况下使用独立的垃圾回收线程，跟踪可达对象。在每个年老代垃圾回收周期中，在收集初期并发收集器 会对整个应用进行简短的暂停，在收集中还会再暂停一次。第二次暂停会比第一次稍长，在此过程中多个线程同时进行垃圾回收工作。

并发收集器使用处理器换来短暂的停顿时间。在一个N个处理器的系统上，并发收集部分使用K/N个可用处理器进行回收，一般情况下1<=K<=N/4。

在只有一个处理器的主机上使用并发收集器，设置为incremental mode模式也可获得较短的停顿时间。

浮动垃圾：由于在应用运行的同时进行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收进行完成时产生，这样就造成了“Floating Garbage”，这些垃圾需要在下次垃圾回收周期时才能回收掉。所以，并发收集器一般需要20%的预留空间用于这些浮动垃圾。

Concurrent Mode Failure：并发收集器在应用运行时进行收集，所以需要保证堆在垃圾回收的这段时间有足够的空间供程序使用，否则，垃圾回收还未完成，堆空间先满了。这种情况下将会发生“并发模式失败”，此时整个应用将会暂停，进行垃圾回收。

启动并发收集器：因为并发收集在应用运行时进行收集，所以必须保证收集完成之前有足够的内存空间供程序使用，否则会出现“Concurrent Mode Failure”。通过设置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N>指定还有多少剩余堆时开始执行并发收集。

【6】JVM GC组合方式

如下表所示：

Parallel Old(老年代)至于Parallel Scavenge搭配，Parallel Scavenge不能与CMS搭配。Serial Old可以和Serial、ParNew以及Parallel Scavenge搭配使用。

参考博文：
Java虚拟机的垃圾回收处理与算法
JVM调优总结之图解分代垃圾回收器
Come on ! Java对象内存分配的秘密
聊聊JVM中那些垃圾收集器

最后

以上就是激昂红酒为你收集整理的聊聊JVM中分代垃圾回收(收集)器的全部内容，希望文章能够帮你解决聊聊JVM中分代垃圾回收(收集)器所遇到的程序开发问题。

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