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A common garbage collector
Now common garbage collectors are summarized as follows:
The new generation of collectors:
-
Serial
-
ParNew
-
Parallel Scavenge
Collector years old:
-
Serial Old
-
CMS
-
Parallel Old
Heap memory garbage collector: G1
There are connections between each garbage collector, that they can use with.
Second, the new generation garbage collector
(1) Serial collector
Serial is a single-threaded for a new generation of collectors, garbage collection algorithm using replication. When Serial garbage collection, not just by a thread performs garbage collection, it collected at the same time, all the user threads must be suspended (Stop The World).
Such as at home mom on cleaning time, certainly not clean side to the ground side to let his son throw confetti, while manufacturing or garbage, rubbish again, this live Shashi Hou also piling up.
The following is a Serial Serial Old collectors and collectors combine schematic diagram for garbage collection, threads are executed when the user to a safe point, all threads suspended, Serial collector to a single thread, using the copy algorithm for garbage collection after collection finished The user thread resumes execution.
Application scenario: Client mode (desktop application); single-core servers.
Can -XX: + UserSerialGC Serial selected as the new generation of collectors.
(2) ParNew collector
ParNew multithreaded version of a Serial, there is no other difference between Serial. ParNew in single-core CPU environments and will not achieve better results than the Serial collector, it defaults to collect the same number of threads and the CPU on, can -XX: to set the number of threads for garbage collection ParallelGCThreads.
The following are ParNew collector and Serial Old collectors combined with schematic garbage collected when the user threads are executed to a safe point, all threads suspended, ParNew collector to multi-threaded, using replication algorithm for garbage collection after collection finished The user thread resumes execution.
Applicable scene: multi-core servers; and with the use of CMS collector. When using the -XX: + UserConcMarkSweepGC when selecting CMS as the collector's old, the new generation of collectors is ParNew default, you can also use -XX: + UseParNewGC to specify ParNew as a new generation of collectors.
(3) Parallel Scavenge collector
Parallel Scavenge is a new generation of multi-threaded for collectors, it differs from the ParNew is ParNew goal is to shorten as much as possible when the garbage collection pause time user threads, Parallel Scavenge goal is to achieve a controlled throughput .
Throughput is the CPU time to perform user threads ratio of the total time of the CPU performs certain = [Time Code Generation run user / (user code running time garbage collection time +)], such as the virtual machine running a total of 100 minutes, trash collecting spent one minute, and that the throughput is 99%. For example the following two scenarios, the garbage collector to collect every 100 seconds, every 10 seconds pause, the garbage collector and collected once every 50 seconds, every 7 seconds dwell time, although the latter time is shortened at each stop, but a low overall throughput, CPU utilization rate is generally lower.
Can -XX: Collector set MaxGCPauseMillis memory as complete recovery how long, can -XX: GCTimeRatio to precisely control the throughput.
如下是 Parallel 收集器和 Parallel Old 收集器结合进行垃圾收集的示意图，在新生代，当用户线程都执行到安全点时，所有线程暂停执行，ParNew 收集器以多线程，采用复制算法进行垃圾收集工作，收集完之后，用户线程继续开始执行；在老年代，当用户线程都执行到安全点时，所有线程暂停执行，Parallel Old 收集器以多线程，采用标记整理算法进行垃圾收集工作。
适用场景：注重吞吐量，高效利用 CPU，需要高效运算且不需要太多交互。
可以使用 -XX:+UseParallelGC 来选择 Parallel Scavenge 作为新生代收集器，jdk7、jdk8 默认使用 Parallel Scavenge 作为新生代收集器。
三、老年代垃圾收集器
（1）Serial Old 收集器
Serial Old 收集器是 Serial 的老年代版本，同样是一个单线程收集器，采用标记-整理算法。
如下图是 Serial 收集器和 Serial Old 收集器结合进行垃圾收集的示意图：
适用场景：Client 模式（桌面应用）；单核服务器；与 Parallel Scavenge 收集器搭配；作为 CMS 收集器的后备预案。
（2）CMS(Concurrent Mark Sweep) 收集器
CMS 收集器是一种以最短回收停顿时间为目标的收集器，以 “ 最短用户线程停顿时间 ” 著称。整个垃圾收集过程分为 4 个步骤：
① 初始标记：标记一下 GC Roots 能直接关联到的对象，速度较快。
② 并发标记：进行 GC Roots Tracing，标记出全部的垃圾对象，耗时较长。
③ 重新标记：修正并发标记阶段引用户程序继续运行而导致变化的对象的标记记录，耗时较短。
④ 并发清除：用标记-清除算法清除垃圾对象，耗时较长。
整个过程耗时最长的并发标记和并发清除都是和用户线程一起工作，所以从总体上来说，CMS 收集器垃圾收集可以看做是和用户线程并发执行的。
CMS 收集器也存在一些缺点：
对 CPU 资源敏感：默认分配的垃圾收集线程数为（CPU 数+3）/4，随着 CPU 数量下降，占用 CPU 资源越多，吞吐量越小
无法处理浮动垃圾：在并发清理阶段，由于用户线程还在运行，还会不断产生新的垃圾，CMS 收集器无法在当次收集中清除这部分垃圾。同时由于在垃圾收集阶段用户线程也在并发执行，CMS 收集器不能像其他收集器那样等老年代被填满时再进行收集，需要预留一部分空间提供用户线程运行使用。当 CMS 运行时，预留的内存空间无法满足用户线程的需要，就会出现 “ Concurrent Mode Failure ”的错误，这时将会启动后备预案，临时用 Serial Old 来重新进行老年代的垃圾收集。
因为 CMS 是基于标记-清除算法，所以垃圾回收后会产生空间碎片，可以通过 -XX:UserCMSCompactAtFullCollection 开启碎片整理（默认开启），在 CMS 进行 Full GC 之前，会进行内存碎片的整理。还可以用 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设置执行多少次不压缩（不进行碎片整理）的 Full GC 之后，跟着来一次带压缩（碎片整理）的 Full GC。
适用场景：重视服务器响应速度，要求系统停顿时间最短。可以使用 -XX:+UserConMarkSweepGC 来选择 CMS 作为老年代收集器。
（3）Parallel Old 收集器
Parallel Old 收集器是 Parallel Scavenge 的老年代版本，是一个多线程收集器，采用标记-整理算法。可以与 Parallel Scavenge 收集器搭配，可以充分利用多核 CPU 的计算能力。
适用场景：与Parallel Scavenge 收集器搭配使用；注重吞吐量。jdk7、jdk8 默认使用该收集器作为老年代收集器，使用 -XX:+UseParallelOldGC 来指定使用 Paralle Old 收集器。
四、新生代和老年代垃圾收集器
G1 收集器
G1 收集器是 jdk1.7 才正式引用的商用收集器，现在已经成为 jdk9 默认的收集器。前面几款收集器收集的范围都是新生代或者老年代，G1 进行垃圾收集的范围是整个堆内存，它采用 “ 化整为零 ” 的思路，把整个堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region），在 G1 收集器中还保留着新生代和老年代的概念，它们分别都是一部分 Region，如下图：
每一个方块就是一个区域，每个区域可能是 Eden、Survivor、老年代，每种区域的数量也不一定。JVM 启动时会自动设置每个区域的大小（1M ~ 32M，必须是 2 的次幂），最多可以设置 2048 个区域（即支持的最大堆内存为 32M*2048 = 64G），假如设置 -Xmx8g -Xms8g，则每个区域大小为 8g/2048=4M。
为了在 GC Roots Tracing 的时候避免扫描全堆，在每个 Region 中，都有一个 Remembered Set 来实时记录该区域内的引用类型数据与其他区域数据的引用关系（在前面的几款分代收集中，新生代、老年代中也有一个 Remembered Set 来实时记录与其他区域的引用关系），在标记时直接参考这些引用关系就可以知道这些对象是否应该被清除，而不用扫描全堆的数据。
G1 收集器可以 “ 建立可预测的停顿时间模型 ”，它维护了一个列表用于记录每个 Region 回收的价值大小（回收后获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），这样可以保证 G1 收集器在有限的时间内可以获得最大的回收效率。
如下图所示，G1 收集器收集器收集过程有初始标记、并发标记、最终标记、筛选回收，和 CMS 收集器前几步的收集过程很相似：
① 初始标记：标记出 GC Roots 直接关联的对象，这个阶段速度较快，需要停止用户线程，单线程执行。
② 并发标记：从 GC Root 开始对堆中的对象进行可达新分析，找出存活对象，这个阶段耗时较长，但可以和用户线程并发执行。
③ 最终标记：修正在并发标记阶段引用户程序执行而产生变动的标记记录。
④ 筛选回收：筛选回收阶段会对各个 Region 的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的 GC 停顿时间来指定回收计划（用最少的时间来回收包含垃圾最多的区域，这就是 Garbage First 的由来——第一时间清理垃圾最多的区块），这里为了提高回收效率，并没有采用和用户线程并发执行的方式，而是停顿用户线程。
适用场景：要求尽可能可控 GC 停顿时间；内存占用较大的应用。可以用 -XX:+UseG1GC 使用 G1 收集器，jdk9 默认使用 G1 收集器。
五、JVM垃圾收集器总结
本文主要介绍了JVM中的垃圾回收器，主要包括串行回收器、并行回收器以及CMS回收器、G1回收器。他们各自都有优缺点，通常来说你需要根据你的业务，进行基于垃圾回收器的性能测试，然后再做选择。下面给出配置回收器时，经常使用的参数：
-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器
-XX:+UseParNewGC：在新生代使用并行收集器
-XX: + UseParallelGC: new generation using parallel recovery collector, more attention throughput
-XX: + UseParallelOldGC: old's recovery using parallel collector
-XX: ParallelGCThreads: Set the number of threads used for garbage collection
-XX: + UseConcMarkSweepGC: the new generation using parallel collector, using CMS + years old serial collector
-XX: ParallelCMSThreads: set the number of threads of CMS
-XX: + UseG1GC: Enable G1 Garbage Collector