JVM-GC算法及垃圾收集器超級詳細解讀（520 是什麼? 不存在！）

數哥：今天 05-20 據說這是一個節日？
我：不知道
數哥：那你今天怎麼過？
我：擼起袖子-擼代碼

一、GC算法

1、標記-清除算法

描述：

1. 標記。從根結點（GC root）出發遍歷對象，對訪問過的對象打上標記，表示該對象可達。
2. 清除。對那些沒有標記的對象進行回收，這樣使得不能利用的空間能夠重新被利用。

優點：

• 實現簡單
• 不移動對象，

缺點：

• 清理出來的空閒內存是不連續的
• 效率比較低（遞歸與全堆對象遍歷），而且在進行GC的時候，需要停止應用程序

2、標記-壓縮算法（標記-整理）

描述：

1. 從GCroot 開始遍歷，標記活動的對象
2. 清除沒有被標記的空間
3. 對空間碎片重排，變緊湊

優點：

• 無內存碎片
• 相對內存複製 不會浪費內存空間

缺點：

• 壓縮花費計算成本大

3、複製算法

描述：

1. 在from區中，從GCroot 開始遍歷，標記活動的對象
2. 清除沒有被標記的空間
3. 將from區中 存活的對象空間 copy到 to 區
4. 將from區和to區的 指針表示 swap

優點：

• 優秀的吞吐量
• 可實現高速分配
• 不會發生碎片化
• 與緩存兼容

缺點：

• 堆使用率低下
• 不兼容保守式GC算法

4、分代收集算法

分代算法主要就是基於以上三種算法 ”因才施教“；

不同的區域使用 適合的算法；

具體的各種垃圾收集器 就是很好的實現

二、垃圾收集器

1.串行收集器

1）Serial收集器

特點：

​ 1、用於新生代

​ 2、使用複製算法

​ 3、單線程運行-進行垃圾收集時，暫停所有工作線程，即"Stop The World"

2）Serial-old

特點：

​ 1、用於老年代

​ 2、使用標記整理算法

​ 3、單線程運行-進行垃圾收集時，暫停所有工作線程，即"Stop The World"

​ 時序圖

​ 設置："-XX:+UseSerialGC"：添加該參數來顯式的使用串行垃圾收集器；

2. 並行收集器

1）ParNew

參數設置：

“-XX:+UseParNewGC”：強制指定使用ParNew；
“-XX:ParallelGCThreads”：指定垃圾收集的線程數量，ParNew默認開啓的收集線程與CPU的數量相同；

2）Parallel收集器

Parallel Scavenge收集器類似ParNew收集器，Parallel收集器更關注系統的吞吐量；新生代使用"複製"算法，老年代使用"標記-壓縮"

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和"標記壓縮"算法

參數設置：

-XX:+UseParallelGC 使用Parallel收集器+老年代串行

-XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel收集器+老年代並行

3）CMS收集器（14版本 已經移除）

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一種以獲取最短回收停頓時間爲目標的收集器；

老年代收集器（新生代使用ParNew）老年代收集器（新生代使用ParNew）；

初始標記、重新標記這兩個步驟仍然需要"Stop The World"；

優點:併發收集、低停頓
缺點：產生大量空間碎片、併發階段會降低吞吐量

參數設置：

-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用CMS收集器
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection "Full GC"後，進行一次碎片整理，整理過程是獨佔的，會引起停頓時間變長
-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction 設置進行幾次Full GC後，進行一次碎片整理
-XX:ParallelCMSThreads 設定CMS的線程數量(一般情況約等於可用CPU數量)

4）G1收集器

G1收集器有以下特點：

1. 空間整合，G1收集器採用"標記-壓縮"算法，不會產生內存空間碎片。分配大對象時不會因爲無法找到連續空間而提前觸發下一次GC。
2. 可預測停頓，這是G1的另一大優勢，降低停頓時間是G1和CMS的共同關注點，但G1除了追求低停頓外，還能建立可預測的停頓時間模型，能讓使用者明確指定在一個長度爲N毫秒的時間片段內，消耗在垃圾收集上的時間不得超過N毫秒，這幾乎已經是實時Java（RTSJ）的垃圾收集器的特徵了。

與其他垃圾收集器的區別：

上面提到的垃圾收集器，收集的範圍都是整個新生代或者老年代；使用G1收集器時，Java堆的內存佈局與其他收集器有很大差別，它將整個Java堆劃分爲多個大小相等的獨立區域（Region），雖然還保留有新生代和老年代的概念，新生代和老年代不再是物理隔閡，它們都是一部分(可以不連續)Region的集合

收集步驟：

1. 標記階段，首先初始標記(Initial-Mark),這個階段是停頓的(Stop the World Event)，並且會觸發一次普通Mintor GC，對應GC log:GC pause (young) (inital-mark)
2. Root Region Scanning，程序運行過程中會回收survivor區(存活到老年代)，這一過程必須在young GC之前完成。
3. Concurrent Marking，在整個堆中進行併發標記(和應用程序併發執行)，此過程可能被young GC中斷。在併發標記階段，若發現區域對象中的所有對象都是垃圾，那個這個區域會被立即回收(圖中打X)。同時，併發標記過程中，會計算每個區域的對象活性(區域中存活對象的比例)。
4. Remark, 再標記，會有短暫停頓(STW)。再標記階段是用來收集 併發標記階段 產生新的垃圾(併發階段和應用程序一同運行)；G1中採用了比CMS更快的初始快照算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。
5. Copy/Clean up，多線程清除失活對象，會有STW。G1將回收區域的存活對象拷貝到新區域，清除Remember Sets，併發清空回收區域並把它返回到空閒區域鏈表中。
6. 複製/清除過程後。回收區域的活性對象已經被集中回收到深褐色和深綠色區域，未回收的部分保持原位置。

5）ZGC （11版本 新增）

在JDK 11當中，加入了實驗性質的ZGC。它的回收耗時平均不到2毫秒。它是一款低停頓高併發的收集器。

ZGC幾乎在所有地方併發執行的，除了初始標記的是STW的。所以停頓時間幾乎就耗費在初始標記上，這部分的實際是非常少的。那麼其他階段是怎麼做到可以併發執行的呢？

ZGC主要新增了兩項技術，一個是着色指針Colored Pointer，另一個是讀屏障Load Barrier。

着色指針Colored Pointer
ZGC利用指針的64位中的幾位表示Finalizable、Remapped、Marked1、Marked0（ZGC僅支持64位平臺），以標記該指向內存的存儲狀態。相當於在對象的指針上標註了對象的信息。注意，這裏的指針相當於Java術語當中的引用。

在這個被指向的內存發生變化的時候（內存在Compact被移動時），顏色就會發生變化。

在G1的時候就說到過，Compact階段是需要STW，否則會影響用戶線程執行。那麼怎麼解決這個問題呢？

讀屏障Load Barrier 由於着色指針的存在，在程序運行時訪問對象的時候，可以輕易知道對象在內存的存儲狀態（通過指針訪問對象），若請求讀的內存在被着色了。那麼則會觸發讀屏障。讀屏障會更新指針再返回結果，此過程有一定的耗費，從而達到與用戶線程併發的效果。

常用的垃圾收集器組合

新生代	老年代
Serial	Serial Old
Serial	CMS + Serial Old
ParNew	CMS
ParNew	Serial Old
Parallel Scavenge	Serial Old
Parallel Scavenge	Parallel Old
G1	G1

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