GC：深入理解GC--细数GC回收器

前言：本文将深入解释GC的运行原理--什么对象会被GC回收；以及GC回收器的区别

GCROOT

大家都知道，GC会对不可达对象进行内存回收，那么如何标记不可达对象呢?

这里引出一个GCROOT的概念，一个对象如果和GCROOT对象没有链接，就说明这个对象不可达，便可以被回收。

通常来说，以下的对象会被作为GCROOT对象：

Java虚拟机栈中的对象引用；
方法区中的常量对象引用；
方法区中的静态对象引用；
本地方法栈中的对象引用；

垃圾回收算法

垃圾回收算法也就是GC对垃圾对象回收的方式，在上一文，GC对堆逻辑分代的博客中，已经描述过关于复制算法、标记清理算法的内容，此处我们再做复习：

1.复制算法

复制算法应用在新生代中，新生代被分为Eden区（新生对象待的地方，如果对象过大，会被直接放入老年代），SurvivorFrom区域，SurvivovrTo区域。

在一次MinorGC后，Eden区域和SurvivorFrom区域的存活的对象会被放入SurvivorTo区域中，并且年龄加1，而后，Eden区域和SurvivorFrom区域中的对象就会被删除。

而风水轮流转，下一次MinorGC时，SurvivorTo区域中的对象就会被放入SurvivorFrom区域中，接受MinorGC。而当对象的年龄到达一个临界值的时候，对象也会被放入老年代。

研究表明，百分之98的对象都是朝生夕死的，所以，没有必要用一比一的比例划分Eden区域和Survivor区域，因为“死了”的对象都被回收了，存活的对象理论上才占百分之二，那么多余的Survivor区域就没啥用了。所以，Eden区域和Survivor区域的比例，默认是8：1，这个数值可以进行修改。

2.标记-清理算法

先说说标记：我们在文章的开头说了有关GCROOT的概念，标记则会标记所有GCROOT链接下的对象。

而清理，就会将未被标记的对象给清理掉。

标记清理算法存在一个很致命的缺陷，清理后的内存区域，大多不是连续的，若是此时一个内存较大的对象进入老年代，很容易无法分配内存，从而触发FullGC。

3.标记-整理算法

有问题自然就要解决问题，标记-整理算法的就可以解决以上的内存不连续的问题。

标记-整理算法，不仅仅只做标记，还会将标记的存活对象挪到内存的一端，之后再将其他的垃圾对象清除，如此一来，就解决了标记-清理算法带来的垃圾碎片问题。

以上就是GC的主要算法了，其实硬是要细分，GC还存在有各种各样的算法：诸如“分代算法”、“增量算法”等等，但核心的就是以上的三种算法。好的，接下来介绍本文的主角--垃圾回收器。

垃圾回收器

垃圾回收器准确的来说是JVM提供的不同GC机制，我们依次介绍。

1.Serial垃圾回收器

中文名是串行回收器，细分有两个回收器，分别提供给新生代和老年代。

在新生代：使用复制算法进行垃圾回收；在老年代：使用标记-整理算法进行垃圾回收。

其余的，两回收器便没有什么差异了，都是为单线程环境而打造的回收器，在垃圾回收时，开启单个线程进行垃圾回收，并且暂停所有的用户线程（Stop The World），这是JVMClient模式下的默认GC回收器。

通过-UseSerialGC参数，可以使用两个新老代串行回收器的组合。

在单CPU的环境下，由于没有线程交互的开销，效率会比较高，回收模型如下：

2.ParNew垃圾回收器

ParNew垃圾回收器，几乎是Serial回收器的多线程版，其余特性无差别。（注：ParNew垃圾回收器只有新生代回收器，不像Serial回收器，还有一个SerialOld回收器）

在JVMServer模式下，ParNew垃圾回收器是新生代回收器的首选，很大部分原因，是因为在选择CMS垃圾回收器时，会默认使用ParNew垃圾回收器作为新生代回收器，即，使用参数-XX:+UseConcMarkSweepGC，便会默认使用ParNew垃圾回收器。

同样的，也可以使用-XX:+UseParNewGC参数强制使用ParNew回收器，而通过-XX:ParallelGCThreads参数可以限制ParNew回收器的线程数量，ParNew回收器的模型如下图：

3.Parallel Scavenge垃圾回收器

英文翻译为并行清理，听上去和ParNew垃圾回收器没有任何区别，但是此回收器相对于ParNew来说，他关注吞吐量。

所谓的吞吐量，就是用户线程执行的时间占比，当使用Parallel Scavenge垃圾回收器的时候，可以通过设置参数，-XX:MaxGCPauseMillis控制最大垃圾收集停顿时间和-XX:GCTimeRatio设置吞吐量大小。

控制垃圾收集停顿时间，相应的就会牺牲吞吐量，因为垃圾回收的停顿时间减少，相应的垃圾回收频率就会变高，随之吞吐量自然下降。

在JDK1.6以前，Parallel Scavenge只能配合使用SerialOld垃圾回收器，所以老年代无法控制吞吐量，在JDK1.6以后，Parallel Old实现了老年代版本的并行垃圾回收器，使用标记-整理算法对垃圾进行回收，其他与Parallel无区别，可以搭配Parallel使用。

4.CMS垃圾回收器（Concurrent Mark Sweep）

这是垃圾回收器中唯一一个使用标记-清理算法的垃圾回收器。

由于并发的原因，他的垃圾回收停顿时间会比较小，但是相应的牺牲了吞吐量，停顿时间短的好处是能提高用户体验，所以，他被广泛地用于B/S架构中。

CMS垃圾回收器回收垃圾分为四步：

初始标记：快速标记GCROOT能够关联到的对象，这个步骤会STW；
并发标记；
重新标记：此过程会STW，为了修正并发标记时，用户线程对标记的变化；
并发清理：清理过程是并发的；

虽然说CMS垃圾回收器能够减少回收垃圾停顿时间，但是他的缺点也比较明显：

由于频繁的进行垃圾回收，所以，吞吐量会下降；
标记-清理带来的缺点：存在内存碎片；

5.G1垃圾回收器（Garbage First）

G1垃圾回收器在CMS垃圾回收器的基础上有所改进，比较明显的有两点：

一是使用了标记-整理算法，解决了垃圾碎片问题；

第二，G1垃圾回收器将回收内存分为了多个区域，会观察多个区域中垃圾的情况，并优先收集垃圾较多的区域，这也是他名字Garbage First的由来。

第三，G1垃圾回收器不需要其他垃圾回收器的配合就可以管理两个分代。

总结

垃圾回收器，其实粗分有四种垃圾回收器，串行，并行，并发，G1。但是细分可以有七种，其中，串行回收器有两个垃圾回收器，分别在新老年代，是单线程的实现，而ParNew则是串行回收器新生代的多线程版，这前三者又有一个共同点，都是简单的实现垃圾回收，STW，并没有多余的参数关注吞吐量。

于是关注吞吐量的并行垃圾回收器就出现了，它可以通过设置参数来改变吞吐量，和最大停顿时间，同样也有新老年代两种实现。

CMS则是唯一的一个使用标记-清除算法的垃圾回收器，由于并发执行，CMS能够做到垃圾回收停顿时间的优化，但是相对牺牲了吞吐量，同时也造成了回收碎片，只有老年代的实现。最后就是G1回收器，G1回收器在CMS的基础上又做了优化，将内存分区域，挑选垃圾最多的区域进行回收，同时的，它使用标记-整理算法，也就解决了内存碎片的问题，此回收器无需其他回收器的配合就能完成新老代的回收。