1.經(jīng)典垃圾收集器

1.1 Serial收集器

這個(gè)收集器是一個(gè)單線程工作的收集器，但它的單線程的意義并不僅僅是說(shuō)明他只會(huì)使用一個(gè)處理器或一條收集線程去完成垃圾收集工作，更重要對(duì)的是強(qiáng)調(diào)在它進(jìn)行垃圾收集時(shí)，必須暫停其他所有工作線程，直到它收集結(jié)束。

目前已經(jīng)老無(wú)可用，但有著優(yōu)于其他收集器的地方：簡(jiǎn)單而高效

1.2 ParNew收集器

ParNew收集器實(shí)質(zhì)上是Serial收集器的多線程并行版本。因?yàn)樗浅薙erial收集器之外，目前唯一可以與CMS收集器配合工作的收集器，所以在JDK7之前的遺留系統(tǒng)中被作為首選的新生代收集器

CMS收集器是HotSpot虛擬機(jī)中第一款真正意義上支持并發(fā)的垃圾收集器，首次實(shí)現(xiàn)了讓垃圾收集線程與用戶(hù)線程同時(shí)工作。但是當(dāng)選用CMS作為老年代收集器時(shí)，新生代收集器只能選擇使用Serial收集器或者ParNew收集器

隨著垃圾收集器技術(shù)的不斷改進(jìn)，G1收集器帶著CMS繼承者和代替者的光環(huán)登場(chǎng)。G1收集器是一個(gè)面向全堆的收集器，不需要其他新生代收集器的配合工作

1.3 Parallel Scavenge 收集器

Parallel Scavenge收集器也是一款新生代收集器，同樣是基于標(biāo)記-復(fù)制算法實(shí)現(xiàn)的收集器，也可以并行收集的多線程收集器。它的特點(diǎn)是它的關(guān)注點(diǎn)與其他收集器不同。CMS等收集器的關(guān)注點(diǎn)是盡可能地縮短垃圾收集時(shí)用戶(hù)線程的停頓時(shí)間，而Parallel Scavenge收集器的目標(biāo)則是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量。

$$

吞吐量=\frac{運(yùn)行用戶(hù)代碼時(shí)間}{運(yùn)行用戶(hù)代碼時(shí)間+運(yùn)行垃圾收集時(shí)間}

$$

提供了兩個(gè)參數(shù)用于精確控制吞吐量：

-XX:MaxGCPauseMillis 參數(shù)控制最大垃圾搜集停頓時(shí)間，允許的值是一個(gè)大于0的毫秒數(shù)。收集器將盡力保證內(nèi)存回收花費(fèi)的時(shí)間不超過(guò)用戶(hù)的設(shè)定值。但是設(shè)定過(guò)分小的值并不能起到加快回收花費(fèi)的速度的作用。

-XX:GCTimeRatio 參數(shù)直接設(shè)置吞吐量大小，允許的值是一個(gè)大于0小于100的整數(shù)。也就是垃圾收集時(shí)間占總時(shí)間的比率。相當(dāng)于吞吐量的倒數(shù)。

Parallel Scavenge 收集器還有一個(gè)參數(shù)：-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 這是一個(gè)開(kāi)關(guān)參數(shù)，當(dāng)這個(gè)參數(shù)被激活以后，就不需要人工指定新生代的大小，Eden與Survivor區(qū)的比例等等。虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行情況收集性能監(jiān)控信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整這些參數(shù)。

1.4 Serial Old 收集器

Serial Old 是 Serial收集器的老年代版本，同樣是一個(gè)單線程收集器，使用標(biāo)記-整理算法?？赡苡袃煞N用途：1. 在JDK5以及之前的版本中與Parallel Scavenge收集器搭配使用 2. 作為CMS收集器發(fā)生失敗時(shí)的后備預(yù)案。

1.5 Parallel Old 收集器

Parallel Old 是 Parallel Scavenge收集器的老年代版本，支持多線程并發(fā)收集，基于標(biāo)記-整理算法實(shí)現(xiàn)，從JDK6版本開(kāi)始提供。在注重吞吐量或者處理器資源較為稀缺的場(chǎng)合，都可以?xún)?yōu)先考慮Parallel Scavenge加Parallel Old收集器這個(gè)組合。

1.6 CMS 收集器

CMS收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，基于標(biāo)記-清除算法實(shí)現(xiàn)。整個(gè)運(yùn)作過(guò)程分為4步：

CMS收集器存在三個(gè)缺點(diǎn)：

1.CMS收集器對(duì)處理器資源非常敏感，默認(rèn)啟動(dòng)的回收線程數(shù)為（處理器核心數(shù)量+3）/ 4。在并發(fā)階段會(huì)因?yàn)檎加昧艘徊糠志€程而導(dǎo)致應(yīng)用程序變慢，降低總吞吐量。

為了緩解這種情況虛擬機(jī)提供了“增量式并發(fā)收集器”（Incremental Concurrent Mark Sweep/i-CMS）作用是在并發(fā)標(biāo)記、清理的時(shí)候讓收集器線程、用戶(hù)線程交替運(yùn)行，盡量減少垃圾收集器線程的獨(dú)占資源的時(shí)間，這樣整個(gè)垃圾收集的過(guò)程會(huì)更長(zhǎng)，但是對(duì)用戶(hù)程序的影響就會(huì)顯得較少一些，直觀感受是速度變慢的時(shí)間更多了，但速度下降幅度就沒(méi)有那么明顯。效果一般從jdk7開(kāi)始被聲明為deprecated ，從JDK9發(fā)布后被完全廢棄

2.由于CMS收集器無(wú)法處理“浮動(dòng)垃圾”（Floating Garbage），有可能出現(xiàn)"Concurrent Mode Failure" 失敗進(jìn)而導(dǎo)致另一完全"Stop The World"的Full GC的產(chǎn)生。

可以適當(dāng)調(diào)高參數(shù)-XX:CMSInitiatingOccu-pancyFraction的值來(lái)提高CMS的觸發(fā)百分比，降低內(nèi)存回收頻率，獲得更好的性能。如果設(shè)置的太高將會(huì)很容易導(dǎo)致大量的并發(fā)失敗產(chǎn)生，性能反而降低

3.由于基于標(biāo)記-清除算法，可能在收集結(jié)束時(shí)會(huì)有大量的空間碎片產(chǎn)生

通過(guò)調(diào)節(jié)：-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection開(kāi)關(guān)參數(shù)，默認(rèn)是開(kāi)啟的，從jdk9開(kāi)始廢棄

*** -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 默認(rèn)值是0，表示每次進(jìn)入Full GC時(shí)都進(jìn)行碎片整理***

1.7 Garbage First 收集器

Garbage First 收集器，簡(jiǎn)稱(chēng) G1收集器，開(kāi)創(chuàng)了收集器面向局部收集的設(shè)計(jì)思路和基于Region的內(nèi)存布局形式。是一款主要面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器?？梢悦嫦蚨褍?nèi)存的任何部分來(lái)組成回收集，衡量的標(biāo)準(zhǔn)不再是它屬于哪個(gè)分代，而是哪塊內(nèi)存中存放的垃圾數(shù)量最多，回收收益最大。G1開(kāi)創(chuàng)的基于Region的堆內(nèi)存布局是它能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的關(guān)鍵，G1不再堅(jiān)持固定大小以及固定數(shù)量的分代區(qū)域劃分，而是把連續(xù)的java堆劃分為多個(gè)大小相等的獨(dú)立區(qū)域（Region），每一個(gè)Region都可以根據(jù)需要，扮演新生代的Eden空間、Survivor空間或者老年代空間。

Region中還有一類(lèi)特殊的Humongous區(qū)域，專(zhuān)門(mén)用來(lái)存儲(chǔ)大對(duì)象。G1認(rèn)為只要大小超過(guò)了Region容量一半的對(duì)象就可以判定為大對(duì)象。每個(gè)Region的大小可以通過(guò)參數(shù)-XX:G1HeapRegionSize設(shè)定，取值范圍為1MB~32MB。

G1收集器之所以可以建立可預(yù)測(cè)的停頓時(shí)間模型，是因?yàn)樗鼘egion作為單次回收的最小單元，即每次收集到的內(nèi)存空間都是Region大小的整數(shù)倍，這樣可以有計(jì)劃地避免在整個(gè)JAVA堆中進(jìn)行全區(qū)域的垃圾收集。更具體的思路是讓G1收集器區(qū)跟蹤各個(gè)Region里面的垃圾堆積的價(jià)值大小，價(jià)值即回收所獲得的空間大小以及回收所需要的時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)值，然后在后臺(tái) 維護(hù)一個(gè)優(yōu)先級(jí)列表，每次根據(jù)用戶(hù)設(shè)定允許的收集停頓時(shí)間（-XX:MaxGCPauseMillis）優(yōu)先處理回收價(jià)值收益最大的那些Region。

G1的記憶集在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的本質(zhì)上是一種哈希表，Key是別的Region的起始地址，Value是一個(gè)集合，里面存儲(chǔ)的元素是卡表的索引號(hào)。G1收集器通過(guò)原始快照（SATB）算法實(shí)現(xiàn)了保證其不能打破原本的對(duì)象圖結(jié)構(gòu)的目的。

G1收集器運(yùn)作過(guò)程大致分為四個(gè)步驟：

2低延遲垃圾收集器

2.1 Shenandoah收集器

Shenandoah收集器是一款只有OpenJDK才會(huì)包含的。與G1收集器相比，它們兩者有著相似的堆內(nèi)存布局，在初始標(biāo)記、并發(fā)標(biāo)記等許多階段的處理思路上都高度一致。但是在管理內(nèi)存堆方面，與G1收集器至少有三個(gè)方面的明顯的不同之處：

1.支持并發(fā)的整理算法：G1的回收階段是可以多線程并行的，但不能與用戶(hù)線程并發(fā)。Shenandoah后面會(huì)講到。

2.Shenandoah收集器默認(rèn)不使用分代收集。

3.Shenandoah摒棄了在G1中耗費(fèi)大量?jī)?nèi)存和計(jì)算資源去維護(hù)的記憶集，改名為“連接矩陣”（Connection Matrix）的全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來(lái)記錄跨Region的引用關(guān)系。降低了處理跨代指針的記憶集維護(hù)消耗，也降低了偽共享問(wèn)題發(fā)生的概率

Shenandoah收集器大致工作流程可以分為9個(gè)階段：

Brooks Points：Brooks是一個(gè)人的名字，它提出使用了轉(zhuǎn)發(fā)指針(Forwarding Pointer)的技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)象移動(dòng)與用戶(hù)程序并發(fā)的一種解決方案。不需要用到內(nèi)存保護(hù)陷阱，而是在原有對(duì)象布局結(jié)構(gòu)的最前面統(tǒng)一增加一個(gè)新的引用字段，在正常不處于并發(fā)移動(dòng)的情況下，該引用指向?qū)ο笞约?。?shí)際上Shenandoah收集器是通過(guò)比較并交換（Compare And Swap, CAS）操作來(lái)保證并發(fā)時(shí)對(duì)象的訪問(wèn)正確性的。

JDK13中Shenandoah的內(nèi)存屏障模型改進(jìn)為基于引用訪問(wèn)屏障（Load Reference Barrier）的實(shí)現(xiàn)，所謂“引用訪問(wèn)屏障”是指內(nèi)存屏障只攔截對(duì)象中數(shù)據(jù)類(lèi)型為引用類(lèi)型的讀寫(xiě)操作，而不去管原生數(shù)據(jù)類(lèi)型等其他非引用字段的讀寫(xiě)。這能省去大量對(duì)原生類(lèi)型、對(duì)象比較、對(duì)象加鎖等場(chǎng)景中設(shè)置內(nèi)存屏障所帶來(lái)的消耗。

2.2 ZGC收集器

ZGC收集器是一款基于Region內(nèi)存布局的，暫時(shí)不設(shè)分代的，使用了讀屏障、染色指針和內(nèi)存多重映射等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)可并發(fā)的標(biāo)記-整理算法的，以低延遲為首要目標(biāo)的一款垃圾收集器。

ZGC的Region具有動(dòng)態(tài)性-動(dòng)態(tài)創(chuàng)建和銷(xiāo)毀，以及動(dòng)態(tài)的區(qū)域容量大小。

染色指針（Colored Pointer）：一種直接將少量額外的信息存儲(chǔ)在指針上的技術(shù)。盡管在linux下64位指針的高18位不能用來(lái)尋址，但是剩余的46位所能支持的64TB內(nèi)存仍然能夠充分滿(mǎn)足需要。鑒于此，將其高4位提取出來(lái)存儲(chǔ)四個(gè)標(biāo)記信息。通過(guò)這些標(biāo)志位，虛擬機(jī)可以直接從指針中看到其引用對(duì)象的三色標(biāo)記狀態(tài)、是否進(jìn)入了重分配集、是否只能通過(guò)finalize( )方法才能被訪問(wèn)到。也使得ZGC能夠管理的內(nèi)存不可以超過(guò)4TB。使用染色指針的三大優(yōu)勢(shì)：

1.可以使得一旦某個(gè)Region的存活對(duì)象被移走之后，這個(gè)Region立即就能被釋放和重用掉，不必等待整個(gè)堆中所有指向該Region的引用都被修正后才能清理。

2.可以大幅度減少在垃圾收集過(guò)程中的內(nèi)存屏障的使用數(shù)量。到目前為止，ZGC都未使用寫(xiě)屏障，只使用了讀屏障。

3.可以作為一種可擴(kuò)展的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)用來(lái)記錄更多與對(duì)象標(biāo)記、重定位過(guò)程相關(guān)的數(shù)據(jù)，以便日后進(jìn)一步提高性能。

Linux/x86-64平臺(tái)上的ZGC使用了多重映射將多個(gè)不同的虛擬內(nèi)存地址映射到同一個(gè)物理內(nèi)存地址上，意味著ZGC在虛擬內(nèi)存中看到的地址空間要比實(shí)際的堆內(nèi)存容量來(lái)得更大。把染色指針中的標(biāo)志位看作是地址的分段符，只要將這些不同的地址段都映射到同一個(gè)物理內(nèi)存空間，經(jīng)過(guò)多重映射轉(zhuǎn)換后，就可以使用染色指針正常進(jìn)行尋址了。

ZGC的運(yùn)作過(guò)程（省略部分與之前介紹的G1和Shenandoah相同的小階段部分）：

總結(jié)

本篇文章就到這里了，希望能給你帶來(lái)幫助，也希望您能夠多多關(guān)注腳本之家的更多內(nèi)容！

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