輕鬆學習JVM（五）——垃圾回收器
上一篇我們介紹了常見的垃圾回收演算法，不同的演算法各有各的優缺點，在JVM中並不是單純的使用某一種演算法進行垃圾回收，而是將不同的垃圾回收演算法包裝在不同的垃圾回收器當中，使用者可以根據自身的需求，使用不同的垃圾回收器，以便讓自己的java程式效能到達最佳。
在介紹垃圾回收器之前，我們先回顧一下java堆的結構。
堆記憶體回顧
java堆記憶體結構包括：新生代和老年代，其中新生代由一個伊甸區和2個倖存區組成，2個倖存區是大小相同，完全對稱的，沒有任何差別。我們把它們稱為S0區和S1區，也可以稱為from區和to區。
JVM的垃圾回收主要是針對以上堆空間的垃圾回收，當然其實也會針對後設資料區（永久區）進行垃圾回收，在此我們主要介紹對堆空間的垃圾回收。
下面我們介紹幾種垃圾回收器：
序列收集器
顧名思義，序列收集器就是使用單執行緒進行垃圾回收。對新生代的回收使用複製演算法，對老年代使用標記壓縮演算法，這也和我們上一篇介紹的演算法優勢是相吻合的。
序列收集器是最古老最穩定的收集器，儘管它是序列回收，回收時間較長，但其穩定性是優於其他回收器的，綜合來說是一個不錯的選擇。要使用序列收集器，可以在啟動配置時加上以下引數：
-XX:+UseSerialGC
序列回收器的執行流程如下所示：
執行垃圾回收時，應用程式執行緒暫停，GC執行緒開始（開始垃圾回收），垃圾回收完成後，應用程式執行緒繼續執行。注意：在GC執行緒執行過程中使用單執行緒進行序列回收。
並行回收器
並行回收器你可能已經猜到就是使用多執行緒並行回收，不過這裡需要注意的是，針對新生代和老年代，是否都使用並行，有不同的回收器選擇：
1、 ParNew回收器
這個回收器只針對新生代進行併發回收，老年代依然使用序列回收。回收演算法依然和序列回收一樣，新生代使用複製演算法，老年代使用標記壓縮演算法。在多核條件下，它的效能顯然優於序列回收器，如果要使用這種回收器，可以在啟動引數中配置：
-XX:+UseParNewGC
如果要進一步指定併發的執行緒數，可以配置一下引數：
-XX:ParallelGCThreads
ParNew回收器的流程如下圖所示：
在進行垃圾回收時應用程式執行緒依然被暫停，GC執行緒並行開始執行垃圾回收，垃圾回收完成後，應用程式執行緒繼續執行。
2、 Parallel回收器
依然是並行回收器，但這種回收器有兩種配置，一種類似於ParNEW：新生代使用並行回收、老年代使用序列回收。它與ParNew的不同在於它在設計目標上更重視吞吐量，可以認為在相同的條件下它比ParNew更優。要使用這種回收器可以在啟動程式中配置：
-XX:+UseParallelGC
Parallel回收器另外一種配置則不同於ParNew，對於新生代和老年代均適應並行回收，要使用這種回收器可以在啟動程式中配置：
XX:+UseParallelOldGC
Parallel回收器的流程和ParNew的流程是一致的：
在進行回收時，應用程式暫停，GC使用多執行緒併發回收，回收完成後應用程式執行緒繼續執行。
CMS回收器
CMS回收器: Concurrent Mark Sweep，併發標記清除。注意這裡注意兩個詞：併發、標記清除。
並發表示它可以與應用程式併發執行、交替執行；標記清除表示這種回收器不是使用的是標記壓縮演算法，這和前面介紹的序列回收器和併發回收器有所不同。需要注意的是CMS回收器是一種針對老年代的回收器，不對新生代產生作用。這種回收器優點在於減少了應用程式停頓的時間，因為它不需要應用程式完成暫定等待垃圾回收，而是與垃圾回收併發執行。要執行這種垃圾回收器可以在啟動引數中配置：
-XX:+UseConcMarkSweepGC
CMS回收機執行機制非常複雜，我們簡單的將他的執行流程分為以下幾步：
初始標記
標記從GC Root可以直接可達的物件；
併發標記（和應用程式執行緒一起）
主要標記過程，標記全部物件；
重新標記
由於併發標記時，使用者執行緒依然執行，因此在正式清理前，再做依次重新標記，進行修正。
併發清除（和使用者執行緒一起）
基於標記結果，直接清理物件。
流程如下圖所示：
從上圖可以看到標記過程分三步：初始標記、併發標記、重新標記，併發標記是最主要的標記過程，而這個過程是併發執行的，可以與應用程式執行緒同時進行，初始標記和重新標記雖然不能和應用程式併發執行，但這兩個過程標記速度快，時間短，所以對應用程式不會產生太大的影響。最後併發清除的過程，也是和應用程式同時進行的，避免了應用程式的停頓。
CMS的優點顯而易見，就是減少了應用程式的停頓時間，讓回收執行緒和應用程式執行緒可以併發執行。但它也不是完美的，從他的執行機制可以看出，因為它不像其他回收器一樣集中一段時間對垃圾進行回收，並且在回收時應用程式還是執行，因此它的回收並不徹底。這也導致了CMS回收的頻率相較其他回收器要高，頻繁的回收將影響應用程式的吞吐量。
G1回收器
G1回收器是jdk1.7以後推出的回收器，試圖取代CMS回收器。
不同於其他的回收器、G1將堆空間劃分成了互相獨立的區塊。每塊區域既有可能屬於老年代、也有可能是新生代，並且每類區域空間可以是不連續的（對比CMS的老年代和新生代都必須是連續的）。這種將老年代區劃分成多塊的理念源於：當併發後臺執行緒尋找可回收的物件時、有些區塊包含可回收的物件要比其他區塊多很多。雖然在清理這些區塊時G1仍然需要暫停應用執行緒、但可以用相對較少的時間優先回收包含垃圾最多區塊。這也是為什麼G1命名為Garbage First的原因：第一時間處理垃圾最多的區塊。要使用G1回收器需要在啟動是配置以下引數：
-XX:+UseG1GC
G1相對CMS回收器來說優點在於：
1、因為劃分了很多區塊，回收時減小了記憶體碎片的產生；
2、G1適用於新生代和老年代，而CMS只適用於老年代。
小結
本文簡要介紹了JVM中的垃圾回收器，主要包括序列回收器、並行回收器以及CMS回收器、G1回收器。他們各自都有優缺點，通常來說你需要根據你的業務，進行基於垃圾回收器的效能測試，然後再做選擇。下面給出配置回收器時，經常使用的引數：
-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用序列收集器
-XX:+UseParNewGC：在新生代使用並行收集器
-XX:+UseParallelGC ：新生代使用並行回收收集器，更加關注吞吐量
-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用並行回收收集器
-XX:ParallelGCThreads：設定用於垃圾回收的執行緒數
-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用並行收集器，老年代使用CMS+序列收集器
-XX:ParallelCMSThreads：設定CMS的執行緒數量
-XX:+UseG1GC：啟用G1垃圾回收器