垃圾回收

gong_yz大约 73 分钟JVM

开篇

名词不懂看最底下的附录章节。。。

1、如何判断对象是否可以被回收

判断对象存活一般有两种方式：引用计数算法 和 可达性分析算法。

1.1 引用技术算法（Reference Counting）

概念

  • 引用技术算法（Reference Counting）比较简单，对每个对象保存一个整型的引用计数器属性。用于记录对象被引用的情况。
  • 对于一个对象A，只要有任何一个对象引用了A，则A的引用计数器就加1；当引用失效时，引用计数器就减1。只要对象A的引用计数器的值为0，即表示对象A不可能再被使用，可进行回收。

优点

  • 实现简单，垃圾对象便于辨识；判定效率高，回收没有延迟性。

缺点

  • 它需要单独的字段存储计数器，这样的做法增加了存储空间的开销。
  • 每次赋值都需要更新计数器，伴随着加法和减法操作，这增加了时间开销。
  • 引用计数器有一个严重的问题，即无法处理循环引用的情况。这是一条致命缺陷，导致在Java的垃圾回收器中没有使用这类算法。

循环引用

当p的指针断开的时候，内部的引用形成一个循环，这就是循环引用，从而造成内存泄漏。

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示例代码：

/**
  * testGC()方法执行后，objA和objB会不会被GC呢？ 
  * 查看如下图效果，在运行配置加参数：-XX:+PrintGCDetails
  */
public class ReferenceCountingGC {
    public Object instance = null;
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    /** 这个成员属性的唯一意义就是占点内存，以便能在GC日志中看清楚是否有回收过 */
    private byte[] bigSize = new byte[2 * _1MB];

    public static void main(String[] args) {
        ReferenceCountingGC objA = new ReferenceCountingGC();
        ReferenceCountingGC objB = new ReferenceCountingGC();
        objA.instance = objB;
        objB.instance = objA;
        objA = null;
        objB = null; // 假设在这行发生GC，objA和objB是否能被回收？
        System.gc();
    }
}

两个对象互相引用，引用次数不可能为0。然后进行代码测试，查看是否被回收

将 System.gc();注释掉运行结果如下：年轻代使用9339k

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取消 System.gc();注释运行结果如下：进行了一次Full GC后年轻代使用655k

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我们能够看到，上述进行了GC收集的行为，将上述的新生代中的两个对象都进行回收了。

PSYoungGen: 15490K->808K(76288K)] 15490K->816K(251392K)

如果使用引用计数算法，那么这两个对象将会无法回收。而现在两个对象被回收了，说明Java使用的不是引用计数算法来进行标记的。

1.2 可达性分析算法（或根搜索算法、追踪性垃圾收集）

  • 所谓 “GC Roots” 根集合就是一组必须活跃的引用。
  • 基本思路：
    • 可达性分析算法是以根对象集合（GC Roots）为起始点，按照从上至下的方式搜索被根对象集合所连接的目标是否可达。
    • 使用可达性分析算法后，内存中的存活对象都会被根对象集合直接或间接连接着，搜索所走过的路径称为引用链（Reference Chain）
    • 如果目标对象没有任何引用链相连，则是不可达的，就意味着该对象已经死亡，可以标记为垃圾对象。
    • 在可达性分析算法中，只有能被根对象集合直接或间接连接的对象才是存活对象。

如下图所示， 对象object 5、 object 6、 object 7虽然互有关联， 但是它们到GC Roots是不可达的，因此它们将会被判定为可回收的对象。

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GC Roots的对象包括以下几种：

  1. 在虚拟机栈（栈帧中的本地变量表）中引用的对象
    • 比如各个线程被调用的方法堆栈中使用到的参数、局部变量、临时变量等。
  2. 在方法区中静态属性引用的对象
    • 比如Java类的引用类型静态变量。
  3. 在方法区中常量引用的对象
    • 比如字符串常量池（String Table）里的引用。
  4. 在本地方法栈中JNI（即通常所说的Native方法）引用的对象。
  5. 所有被同步锁（synchronized关键字）持有的对象
  6. 反应Java虚拟机内部情况的JMXBean、JVMTI中注册的回掉、本地代码缓存等

注意：

  • 如果要使用可达性算法来判断内存是否可回收，那么分析工作必须在一个能保障一致性的快照中进行。这点不满足的话分析结果的准确性就无法保证。
  • 这点也是导致GC进行时必须“stop the world”的一个重要原因。即使是号称（几乎）不会发生停顿的CMS收集器中，枚举根节点时也是必须要停顿的。

1.3 生存还是死亡

即使在可达性分析算法中判定为不可达的对象，也不是“非死不可”的。

  • 对象死亡至少经历两次标记过程：如果对象在进行可达性分析后发现没有与GC Roots相连接的引用链，那它将会被第一次标记，随后进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行finalize()方法。假如对象没有覆盖finalize()方法，或者finalize()方法已经被虚拟机调用过，那么虚拟机将这两种情况都视为“没有必要执行”。
  • finalize()方法是对象逃脱死亡命运的最后一次机会，稍后收集器将对F-Queue中的对象进行第二次小规模的标记，如果对象要在finalize()中成功拯救自己——只要重新与引用链上的任何一个对象建立关联即可，譬如把自己（this关键字）赋值给某个类变量或者对象的成员变量，那在第二次标记时它将被移出“即将回收”的集合；如果对象这时候还没有逃脱，那基本上它就真的要被回收了。

代码演示：

/**
 * 此代码演示了两点：
 * 1.对象可以在被GC时自我拯救。
 * 2.这种自救的机会只有一次，因为一个对象的finalize()方法最多只会被系统自动调用一次
 */
public class FinalizeEscapeGC {
    public static FinalizeEscapeGC SAVE_HOOK = null;

    public void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("finalize方法执行了");
        FinalizeEscapeGC.SAVE_HOOK = this;

    }

    public void isAlive() {
        System.out.println("I am Alive");
    }

    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        SAVE_HOOK = new FinalizeEscapeGC();
        SAVE_HOOK = null;
        System.gc();

        Thread.sleep(500);
        if (SAVE_HOOK != null) {
            SAVE_HOOK.isAlive();
        } else {
            System.out.println("no,I am over");
        }
    }

}

注意：finalize()能做的所有工作，使用try-finally或者其他方式都可以做得更好、更及时，尽量避免使用它。

1.4 再谈四种引用

1.4.1 强引用

强引用是最传统的“引用”定义，是指在程序代码之中普遍存在的引用赋值，即类似Object obj = new Object()这种引用关系。无论任何情况下，只要强引用关系还在，垃圾收集器就永远不会回收掉被引用的对象。

举例

StringBuffer str = new StringBuffer("hello");

局部变量str指向stringBuffer实例所在堆空间，通过str可以操作该实例，那么str就是StringBuffer实例的强引用对应内存结构：

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如果此时，在运行一个赋值语句:

StringBuffer str = new StringBuffer("hello");
StringBuffer str1 = str;

对应的内存结构为:

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那么我们将 str = null；则原来堆中的对象也不会被回收，因为还有其它对象指向该区域。

总结

本例中的两个引用，都是强引用，强引用具备以下特点：

  • 强引用可以直接访问目标对象
  • 强引用所指向的对象在任何时候都不会被系统回收，虚拟机宁愿抛出OOM异常，也不会回收强引用所指向对象
  • 强引用是造成java内存泄露的主要原因之一

1.4.2 软引用（Soft Reference）------内存不足即回收

概述

  • 软引用是用来描述一些还有用，但非必须的对象。只要被软引用关联着的对象，在系统将要发生内存溢出异常前，会把这些对象列进回收范围之中进行第二次回收，如果这次回收还没有足够的内存，才会抛出内存溢出异常。
  • 软引用通常用来实现内存敏感的缓存。比如：高速缓存就有用到软引用。如果还有空闲内存，就可以暂时保留缓存，当内存不足时清理掉，这样就保证了使用缓存的同时，不会耗尽内存。
  • 垃圾回收器在某个时刻决定回收软可达的对象的时候，会清理软引用，并可选地把引用存放到一个引用队列（Reference Queue）。
  • 类似弱引用，只不过Java虚拟机会尽量让软引用的存活时间长一些，迫不得已才清理。

在JDK1.2版之后提供了SoftReference类来实现软引用：

// 声明强引用
Object obj = new Object();
// 创建一个软引用
SoftReference<Object> sf = new SoftReference<>(obj);
obj = null; //销毁强引用，这是必须的，不然会存在强引用和软引用

1.4.3 弱引用

概述

  • 弱引用：也是用来描述那些非必须对象，但是它的强度比软引用更弱一些，被弱引用关联的对象只能生存到下一次垃圾收集发生为止。当垃圾收集器开始工作，无论当前内存是否足够，都会回收掉只被弱引用关联的对象。
  • 但是，由于垃圾回收器的线程通常优先级很低，因此，并不一定能很快地发现持有弱引用的对象。在这种情况下，弱引用对象可以存在较长的时间。
  • 弱引用和软引用一样，在构造弱引用时，也可以指定一个引用队列，当弱引用对象被回收时，就会加入指定的引用队列，通过这个队列可以跟踪对象的回收情况。
  • 软引用、弱引用都非常适合来保存那些可有可无的缓存数据。如果这么做，当系统内存不足时，这些缓存数据会被回收，不会导致内存溢出。而当内存资源充足时，这些缓存数据又可以存在相当长的时间，从而起到加速系统的作用。

在JDK1.2版之后提供了WeakReference类来实现弱引用

// 声明强引用
Object obj = new Object();
// 创建一个弱引用
WeakReference<Object> sf = new WeakReference<>(obj);
obj = null; //销毁强引用，这是必须的，不然会存在强引用和弱引用

弱引用对象与软引用对象的最大不同就在于：当GC在进行回收时，需要通过算法检查是否回收软引用对象，而对于弱引用对象，GC总是进行回收。弱引用对象更容易、更快被GC回收。

注释：WeakHashMap用来存储图片信息，可以在内存不足的时候，及时回收，避免了OOM。

1.4.4 虚引用

概述

  • 虚引用：一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来获得一个对象的实例。为一个对象设置虚引用关联的唯一目的只是为了能在这个对象被收集器回收时收到一个系统通知。
  • 它不能单独使用，也无法通过虚引用来获取被引用的对象。当试图通过虚引用的get（）方法取得对象时，总是null。
  • 虚引用必须和引用队列一起使用。虚引用在创建时必须提供一个引用队列作为参数。当垃圾回收器准备回收一个对象时，如果发现它还有虚引用，就会在回收对象后，将这个虚引用加入引用队列，以通知应用程序对象的回收情况。
  • 由于虚引用可以跟踪对象的回收时间，因此，也可以将一些资源释放操作放置在虚引用中执行和记录。

在JDK1.2版之后提供了PhantomReference类来实现虚引用。

// 声明强引用
Object obj = new Object();
// 声明引用队列
ReferenceQueue phantomQueue = new ReferenceQueue();
// 声明虚引用（还需要传入引用队列）
PhantomReference<Object> sf = new PhantomReference<>(obj, phantomQueue);
obj = null;

案例

我们使用一个案例，来结合虚引用，引用队列，finalize进行讲解

public class PhantomReferenceTest {
    // 当前类对象的声明
    public static PhantomReferenceTest obj;
    // 引用队列
    static ReferenceQueue<PhantomReferenceTest> phantomQueue = null;

    @Override
    protected void finalize() throws Throwable {
        super.finalize();
        System.out.println("调用当前类的finalize方法");
        obj = this;
    }

    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while(true) {
                if (phantomQueue != null) {
                    PhantomReference<PhantomReferenceTest> objt = null;
                    try {
                        objt = (PhantomReference<PhantomReferenceTest>) phantomQueue.remove();
                    } catch (Exception e) {
                        e.getStackTrace();
                    }
                    if (objt != null) {
                        System.out.println("追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest实例被GC了");
                    }
                }
            }
        }, "t1");
        thread.setDaemon(true);
        thread.start();

        phantomQueue = new ReferenceQueue<>();
        obj = new PhantomReferenceTest();
        // 构造了PhantomReferenceTest对象的虚引用，并指定了引用队列
        PhantomReference<PhantomReferenceTest> phantomReference = new PhantomReference<>(obj, phantomQueue);
        try {
            System.out.println(phantomReference.get());
            // 去除强引用
            obj = null;
            // 第一次进行GC，由于对象可复活，GC无法回收该对象
            System.out.println("第一次GC操作");
            System.gc();
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 不是 null");
            }
            System.out.println("第二次GC操作");
            obj = null;
            System.gc();
            Thread.sleep(1000);
            if (obj == null) {
                System.out.println("obj 是 null");
            } else {
                System.out.println("obj 不是 null");
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {

        }
    }
}

最后运行结果:

null
第一次GC操作
调用当前类的finalize方法
obj 不是 null
第二次GC操作
追踪垃圾回收过程：PhantomReferenceTest实例被GC了
obj 是 null

从上述运行结果我们知道，第一次尝试获取虚引用的值，发现无法获取的，这是因为虚引用是无法直接获取对象的值，然后进行第一次gc，因为会调用finalize方法，将对象复活了，所以对象没有被回收，但是调用第二次gc操作的时候，因为finalize方法只能执行一次，所以就触发了GC操作，将对象回收了，同时将会触发第二个操作就是 将回收的值存入到引用队列中。

1.4.5 终结器引用

  • 它用于实现对象的finalize() 方法，也可以称为终结器引用
  • 无需手动编码，其内部配合引用队列使用
  • 在GC时，终结器引用入队。由Finalizer线程通过终结器引用找到被引用对象调用它的finalize()方法，第二次GC时才回收被引用的对象

1.4.6 趣话总结😄

说白了JVM就像是一个国家，GC就是城管，强引用就是当地人，软引用就是移民的人，弱引用就是黑户口，哪天城管逮到就遣走，虚引用是一个带病的黑户口，说不定哪天自己就挂了！

2、垃圾回收算法

当成功区分出内存中存活对象和死亡对象后，GC接下来的任务就是执行垃圾回收，释放掉无用对象所占用的内存空间，以便有足够的可用内存空间为新对象分配内存。目前在JVM中比较常见的三种垃圾收集算法是：

  • 标记一清除算法（Mark-Sweep）
  • 复制算法（copying）
  • 标记一压缩算法（Mark-Compact）

2.1 标记-清除算法（Mark-Sweep）

概述：

  • 从对象消亡的角度出发，垃圾收集算法可以划分为“引用计数式垃圾收集（Reference Counting GC）”和“追踪式垃圾收集（Tracing GC）”,也称作“直接垃圾收集”和“间接垃圾收集”。

  • 之所以说它是最基础的收集算法，是因为后续的收集算法大多都是以标记-清除算法为基础。

  • 执行过程：当堆中的有效内存空间(available memory)被耗尽的时候，就会停止整个程序（也被称为stop the world），然后进行两项操作，第一项是标记 ，第二项是清除：

    • 标记：Collector从引用根节点开始遍历，标记所有被引用的对象。一般是在对象的Header中记录为可达对象。（collector指的就是垃圾收集器，而mutator是指除了垃圾收集器之外的部分）

    • 清除：Collector对堆内存从头到尾进行线性的遍历，如果发现某个对象在其Header中没有标记为可达对象，则将其回收。

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缺点：

  • 第一个是执行效率不稳定，如果Java堆中包含大量对象，而且其中大部分是需要被回收的，这时必须进行大量标记和清除的动作，导致标记和清除两个过程的执行效率都随着对象数量增长而降低；
  • 第二是空间碎片化问题。标记、清除之后会产生大量不连续的内存碎片，需要维护一个空闲列表。

注意： 什么是清除？

  • 这里所谓的清除并不是真的置空，而是把需要清除的对象地址保存在空闲的地址列表里。下次有新对象需要加载时，判断垃圾的位置空间是否够，如果够，就存放，覆盖原有的地址。
  • 关于空闲列表是在为对象分配内存的时候提过：
    • 如果内存规整
      • 采用指针碰撞的方式进行内存分配
    • 如果内存不规整
      • 虚拟机需要维护一个列表
      • 空闲列表分配

2.1.1 指针碰撞（Bump the Pointer）

Java中提到指针碰撞主要是在GC中，GC的标记/整理（标记/压缩）算法在每次执行完之后会通过一个指针将堆内存分为两个区域，分别是已用区域和未用区域。指针的左边已用区域内部存满了对象（其实就是经过上一次GC之后存活下来的对象），指针的右边为可用区域。之后当需要new一个对象时，JVM会在当前指针所指位置为新对象分配内存，并将指针向后移动对象所对应size位。

比如一个new的对象需要128字节的内存空间，那么JVM将会从当前指针所指位置开始，之后的128字节分配给该对象，同时指针后移128个字节。但由于堆内存本身是线程共享的，在多线程场景下，当一个线程需要创建对象，这时指针还没来得及修改（指针是在新对象占完位之后才能进行修改），如果另一个线程也需要分配空间，就会造成两个对象空间冲突，这就称之为指针碰撞。那如何解决呢？TLAB（Thread Local Allocation Buffer 线程本地分配缓存区）。

TALB的思路

关于TALB的讲解详见【内存结构】篇章【堆】中的【为对象分配内存TLAB】open in new window

TALB的解决思路比较简单粗暴，既然是因为堆内存多线程共享引发了问题，那我就直接给每个线程在堆中分配一个私有的区域分配对象不就解决了嘛！！！

TALB的局限性

虽然TALB解决了指针碰撞在多线程场景下的问题，并且通过最大浪费空间可以减少内存泄漏，但其本身依旧有一些缺点：

  1. GC更频繁： 由于每个TALB所占用的空间都要比线程实际需要的空间大小大一些（因为不可能每个TALB都刚好存满，也就是TALB空间浪费更严重），所以一批对象直接存储在Eden区会比存储在TALB区占用更少的空间，进而容易引发Minor GC。
  2. TALB允许内存浪费，会导致Eden区内存不连续。

2.2 复制（Copying）算法

概述：

将内存分为等大小的两个区域：From和To区。当From域内存不够了，开始执行GC操作，先将被GC Roots引用的对象从From区复制到To区中，相当于进行了一次碎片整理，然后直接把From域进行内存清理，最后交换From和To。如图所示。

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优点：

  • 没有标记和清除过程，实现简单，运行高效
  • 复制过去以后保证空间的连续性，不会出现“碎片”问题

缺点：

  • 此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍的内存空间。
  • 对于G1这种分拆成为大量region的GC，复制而不是移动，意味着GC需要维护region之间对象引用关系，不管是内存占用或者时间开销也不小。

注意：

  • 如果系统中的垃圾对象很多，复制算法需要复制的存活对象数量并不会太大，或者说非常低才行。
  • 即特别适合垃圾对象很多，存活对象很少的场景；例如：Young区的Survivor0和Survivor1区。

2.3 标记-压缩（或标记-整理、Mark-Compact）算法

执行过程：

  1. 第一阶段和标记-清除算法一样，标记所有被引用对象。
  2. 第二阶段将所有被引用对象压缩到内存一端，按顺序排放。
  3. 之后，清理边界外所有的内存空间。
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标清和标整的区别

  • 标记-压缩算法的最终效果等同于标记-清除算法执行完成后，再进行一次内存碎片整理，因此，也可以把它称为标记-清除-压缩（Mark-Sweep-Compact）算法。
  • 二者的本质差异在于标记-清除算法是一种非移动式的回收算法，标记-压缩是移动式的。是否移动回收后的存活对象是一项优缺点并存的风险决策。可以看到，标记的存活对象将会被整理，按照内存地址依次排列，而未被标记的内存会被清理掉。如此一来，当我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可，这比维护一个空闲列表显然少了许多开销。

优点：

  • 消除了标记-清除算法当中，内存区域分散的缺点，我们需要给新对象分配内存时，JVM只需要持有一个内存的起始地址即可。
  • 消除了复制算法当中，内存减半的高额代价。

缺点：

  • 从效率上来说，标记-整理算法要低于复制算法。
  • 移动对象的同时，如果对象被其他对象引用，则还需要调整引用的地址
  • 移动过程中，需要全程暂停用户应用程序。即：STW（Stop The World）停顿用户线程。

2.4 垃圾回收算法小结

概述

  • 效率上来说，复制算法是当之无愧的老大，但是却浪费了太多内存。
  • 而为了尽量兼顾上面提到的三个指标，标记-整理算法相对来说更平滑一些，但是效率上不尽如人意，它比复制算法多了一个标记的阶段，比标记-清除多了一个整理内存的阶段。

对比如下：

对比项标记清除标记整理复制
速率中等最慢最快
空间开销少（但会堆积碎片）少（不堆积碎片）通常需要活对象的2倍空间（不堆积碎片）
移动对象否是是

综合我们可以找到，没有最好的算法，只有最合适的算法！

3、分代垃圾回收

部分收集（Partial GC）：指目标不是完整收集整个Java堆的垃圾收集，其中又分为：

  • 新生代收集（Minor GC/Young GC）：指目标只是新生代的垃圾收集。
  • 老年代收集（Major GC/Old GC）：指目标只是老年代的垃圾收集。目前只有CMS收集器会有单 独收集老年代的行为。另外请注意“Major GC”这个说法现在有点混淆，在不同资料上常有不同所指， 读者需按上下文区分到底是指老年代的收集还是整堆收集。
  • 混合收集（Mixed GC）：指目标是收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集。目前只有G1收 集器会有这种行为。

整堆收集（Full GC）：收集整个Java堆和方法区的垃圾收集。

3.1 概述

分代收集算法：

  • 是基于这样一个事实：不同的对象的生命周期是不一样的。因此，不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。一般是把Java堆分为新生代和老年代，这样就可以根据各个年代的特点使用不同的回收算法，以提高垃圾回收的效率。目前几乎所有的GC都采用分代收集算法执行垃圾回收的。

执行流程

  • 每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的 90%，每次使用 eden 和其中一个 survivour。对象首先分配在伊甸园区域新生代空间不足时，触发 minor gc，伊甸园和 from 存活的对象使用 copy 复制到 to 中，存活的对象年龄加 1并且交换 from to。

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  • Minor GC 会引发 stop the world，暂停其它用户的线程，等垃圾回收结束，用户线程才恢复运行。

  • 当对象寿命超过阈值时，会晋升至老年代，最大寿命默认是15（4bit）。

  • 当老年代空间不足，会先尝试触发 Major GC，如果之后空间仍不足，那么触发Full GC，STW的时间更长。

在HotSpot中，基于分代的概念，GC所使用的内存回收算法必须结合年轻代和老年代各自的特点：

  1. 年轻代（Young Gen）

    • 年轻代特点：区域相对老年代较小，对象生命周期短、存活率低，回收频繁。
    • 这种情况复制算法的回收整理，速度是最快的。复制算法的效率只和当前存活对象大小有关，因此很适用于年轻代的回收。而复制算法内存利用率不高的问题，通过hotspot中的两个survivor的设计得到缓解。

  2. 老年代（Tenured Gen）

    • 老年代特点：区域较大，对象生命周期长、存活率高，回收不及年轻代频繁。
    • 这种情况存在大量存活率高的对象，复制算法明显变得不合适。一般是由标记-清除或者是标记-清除与标记-整理的混合实现。
      • Mark阶段的开销与存活对象的数量成正比。
      • Sweep(清除)阶段的开销与所管理区域的大小成正相关。
      • Compact(整理)阶段的开销与存活对象的数据成正比。

    以HotSpot中的CMS回收器为例，CMS是基于Mark-Sweep实现的，对于对象的回收效率很高。而对于碎片问题，CMS采用基于Mark-Compact算法的Serial Old回收器作为补偿措施：当内存回收不佳（碎片导致的Concurrent Mode Failure时），将采用serial old执行Full GC以达到对老年代内存的整理。

3.2 相关 VM 参数

描述参数
堆初始大小-Xms
堆最大大小-Xmx或-XX:MaxHeapSize=size
新生代大小-Xmn 或 (-XX:NewSize=size + -XX:MaxNewSize=size )
幸存区比例（动态）-XX:InitialSurvivorRatio=ratio 和 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
幸存区比例-XX:SurvivorRatio=ratio
晋升阈值-XX:MaxTenuringThreshold=threshold
晋升详情-XX:+PrintTenuringDistribution
GC详情-XX:+PrintGCDetails -verbose:gc
FullGC 前 MinorGC-XX:+ScavengeBeforeFullGC

3.3 GC分析

大对象处理策略 当遇到一个较大的对象时，就算新生代的伊甸园区为空，也无法容纳该对象时，会将对象直接晋升至老年代！

线程内存溢出 当某个线程的内存溢出了而抛异常（out of memory），不会影响其他的线程运行！ 这是因为当一个线程抛出OOM异常时，会释放占据的所有资源，从而不会影响其他线程的运行，进程依然正常！

3.4 增量收集算法

概述

  • 上述现有的算法，在垃圾回收过程中，应用软件将处于一种stop the World的状态。在stop the World状态下，应用程序所有的线程都会挂起，暂停一切正常的工作，等待垃圾回收的完成。如果垃圾回收时间过长，应用程序会被挂起很久，将严重影响用户体验或者系统的稳定性。为了解决这个问题，即对实时垃圾收集算法的研究直接导致了增量收集（Incremental Collecting）算法的诞生。

  • 如果一次性将所有的垃圾进行处理，需要造成系统长时间的停顿，那么就可以让垃圾收集线程和应用程序线程交替执行。每次，垃圾收集线程只收集一小片区域的内存空间，接着切换到应用程序线程。依次反复，直到垃圾收集完成。

  • 总的来说，增量收集算法的基础仍是传统的标记-清除和复制算法。增量收集算法通过对线程间冲突的妥善处理，允许垃圾收集线程以分阶段的方式完成标记、清理或复制工作

缺点

  • 使用这种方式，由于在垃圾回收过程中，间断性地还执行了应用程序代码，所以能减少系统的停顿时间。
  • 但是，因为线程切换和上下文转换的消耗，会使得垃圾回收的总体成本上升，造成系统吞吐量的下降。

4、GC分类与性能指标

4.1 垃圾回收器分类

4.1.1 按线程数分

按线程数分（垃圾回收线程数），可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器。

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串行回收：指的是在同一时间段内只允许有一个CPU用于执行垃圾回收操作，此时工作线程被暂停，直至垃圾收集工作结束。

  • 在诸如单CPU处理器或者较小的应用内存等硬件平台不是特别优越的场合，串行回收器的性能表现可以超过并行回收器和并发回收器。所以，串行回收默认被应用在客户端的Client模式下的JVM中.
  • 在并发能力比较强的CPU上，并行回收器产生的停顿时间要短于串行回收器。

并行收集：

  • 和串行回收相反，并行收集可以运用多个CPU同时执行垃圾回收，因此提升了应用的吞吐量，不过并行回收仍然与串行回收一样，采用独占式，使用了“stop-the-world”机制。

4.1.2 按工作模式分

按照工作模式分，可以分为并发式垃圾回收器和独占式垃圾回收器。

  • 并发式垃圾回收器与应用程序线程交替工作，以尽可能减少应用程序的停顿时间。

  • 独占式垃圾回收器（Stop the world）一旦运行，就停止应用程序中的所有用户线程，直到垃圾回收过程完全结束。

    image-20200713083443486

4.1.3 按碎片处理方式分

按碎片处理方式分，可分为压缩武垃圾回收器和非压缩式垃圾回收器。

  • 压缩式垃圾回收器会在回收完成后，对存活对象进行压缩整理，消除回收后的碎片。
  • 非压缩式的垃圾回收器不进行这步操作。

按工作的内存区间分，又可分为年轻代垃圾回收器和老年代垃圾回收器。

4.2 评估GC的性能指标

4.2.1 概述

  • 吞吐量：运行用户代码的时间占总运行时间的比例（总运行时间 = 程序的运行时间 + 内存回收的时间）
  • 垃圾收集开销：吞吐量的补数，垃圾收集所用时间与总运行时间的比例。
  • 暂停时间：执行垃圾收集时，程序的工作线程被暂停的时间。
  • 收集频率：相对于应用程序的执行，收集操作发生的频率。
  • 内存占用：Java堆区所占的内存大小。
  • 快速：一个对象从诞生到被回收所经历的时间。

吞吐量、暂停时间、内存占用 这三者共同构成一个“不可能三角”。三者总体的表现会随着技术进步而越来越好。一款优秀的收集器通常最多同时满足其中的两项。

这三项里，暂停时间的重要性日益凸显。因为随着硬件发展，内存占用多些越来越能容忍，硬件性能的提升也有助于降低收集器运行时对应用程序的影响，即提高了吞吐量。而内存的扩大，对延迟反而带来负面效果。

简单来说，主要抓住两点：

  • 吞吐量
  • 暂停时间

4.2.2 性能指标：吞吐量

  • 吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即吞吐量=运行用户代码时间 /（运行用户代码时间+垃圾收集时间）
    • 比如：虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。
  • 这种情况下，应用程序能容忍较高的暂停时间，因此，高吞吐量的应用程序有更长的时间基准，快速响应是不必考虑的。
  • 吞吐量优先，意味着在单位时间内，STW的时间最短：0.2 + 0.2 = 0.4。
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4.2.3 性能指标：暂停时间

  • “暂停时间”是指一个时间段内应用程序线程暂停，让GC线程执行的状态

    例如，GC期间1ee毫秒的暂停时间意味着在这1e0毫秒期间内没有应用程序线程是活动的。

    暂停时间优先，意味着尽可能让单次STW的时间最短：0.1+0.1 + 0.1+ 0.1+ 0.1=0.5

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4.2.4 吞吐量vs暂停时间

  • 高吞吐量较好因为这会让应用程序的最终用户感觉只有应用程序线程在做“生产性”工作。直觉上，吞吐量越高程序运行越快。

  • 低暂停时间（低延迟）较好因为从最终用户的角度来看不管是GC还是其他原因导致一个应用被挂起始终是不好的。这取决于应用程序的类型，有时候甚至短暂的200毫秒暂停都可能打断终端用户体验。因此，具有低的较大暂停时间是非常重要的，特别是对于一个交互式应用程序。

  • 不幸的是”高吞吐量”和”低暂停时间”是一对相互竞争的目标（矛盾）。

    • 因为如果选择以吞吐量优先，那么必然需要降低内存回收的执行频率，但是这样会导致GC需要更长的暂停时间来执行内存回收。
    • 相反的，如果选择以低延迟优先为原则，那么为了降低每次执行内存回收时的暂停时间，也只能频繁地执行内存回收，但这又引起了年轻代内存的缩减和导致程序吞吐量的下降。

    现在设计（或使用）GC算法标准：在最大吞吐量优先的情况下，降低停顿时间。

5、垃圾回收器

5.1 七种经典的垃圾收集器

  • 串行回收器：Serial、Serial old
  • 并行回收器：ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old
  • 并发回收器：CMS、G1

5.2 七款经典收集器与垃圾分代之间的关系

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新生代收集器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge；

老年代收集器：Serial Old、Parallel Old、CMS；

整堆收集器：G1；

5.3 垃圾收集器的组合关系

组合如图所示：

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  • 两个收集器间有连线，表明它们可以搭配使用：Serial/Serial Old、Serial/CMS、ParNew/Serial Old、ParNew/CMS、Parallel Scavenge/Serial Old、Parallel Scavenge/Parallel Old、G1；
  • 其中Serial Old作为CMS出现"Concurrent Mode Failure"失败的后备预案。
  • (红色虚线)由于维护和兼容性测试的成本，在JDK 8时将Serial+CMS、ParNew+Serial Old这两个组合声明为废弃（JEP173），并在JDK9中完全取消了这些组合的支持（JEP214），即：移除。
  • (绿色虚线)JDK14中：弃用Parallel Scavenge和Serial Old GC组合（JEP366）。
  • (青色虚线)JDK14中：删除CMS垃圾回收器（JEP363）。

为什么要有很多收集器，一个不够吗？

  1. 因为Java的使用场景很多，移动端，服务器等。所以就需要针对不同的场景，提供不同的垃圾收集器，提高垃圾收集的性能。
  2. 虽然我们会对各个收集器进行比较，但并非为了挑选一个最好的收集器出来。没有一种放之四海皆准、任何场景下都适用的完美收集器存在，更加没有万能的收集器。所以我们选择的只是对具体应用最合适的收集器。

5.4 如何查看默认垃圾收集器

两种方式：

  • java -XX:+PrintCommandLineFlags -version：查看命令行相关参数，包含使用的垃圾收集器

    C:\Users\lenovo>java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
-XX:InitialHeapSize=266359616 -XX:MaxHeapSize=4261753856 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC
java version "1.8.0_212"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_212-b10)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.212-b10, mixed mode)

  • 使用命令行指令：jinfo -flag 相关垃圾回收器参数 进程ID

    image-20210819224501888

几个主流Java版本的GC情况如下：

  • jdk1.7 默认垃圾收集器：Parallel Scaveng『新生代(标记-复制算法)』+Parallel Old『老年代(标记-整理算法)』
  • jdk1.8 默认垃圾收集器：Parallel Scavenge『新生代』+ Parallel Old『老年代』
  • jdk1.9 默认垃圾收集器：G1『从局部(两个Region之间)来看是基于"标记—复制"算法实现，从整体来看是基于"标记-整理"算法实现』

5.5 Serial 收集器：串行回收

开启参数：

//Serial新生代、SerialOld老年代
-XX:UseSerialGC = Serial + SerialOld

Serial收集器采用复制算法、串行回收和"Stop-The-World"机制的方式执行内存回收。

除了年轻代之外，Serial收集器还提供用于执行老年代垃圾收集的Serial Old收集器。Serial Old收集器同样也采用了串行回收和"Stop The World"机制，只不过内存回收算法使用的是标记-压缩算法。

  • Serial Old是运行在Client模式下默认的老年代的垃圾回收器

  • Serial Old在Server模式下主要有两个用途：

    • 与新生代的Parallel Scavenge配合使用

    • 作为老年代CMS收集器的后备垃圾收集方案

  • 这个收集器是一个单线程的收集器，但它的“单线程”的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束（Stop The World）。

优势：

简单而高效（与其他收集器的单线程比），对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。

5.6 ParNew回收器：并行回收

参数设置：

//手动指定使用ParNew收集器执行内存回收任务。它表示年轻代使用并行收集器，不影响老年代。
-XX：+UseParNewGC

//限制线程数量，默认开启和CPU数据相同的线程数
-XX:ParallelGCThreads

如果说Serial GC是年轻代中的单线程垃圾收集器，那么ParNew收集器则是Serial收集器的多线程版本。

  • Par是Parallel的缩写，New：只能处理的是新生代。
    • ParNew 收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外，两款垃圾收集器之间几乎没有任何区别。
    • ParNew收集器在年轻代中同样也是采用复制算法、"Stop-The-World"机制。
  • 对于新生代，回收次数频繁，使用并行方式高效。
  • 对于老年代，回收次数少，使用串行方式节省资源。（CPU并行需要切换线程，串行可以省去切换线程的资源）

由于ParNew收集器是基于并行回收，那么是否可以断定ParNew收集器的回收效率在任何场景下都会比serial收集器更高效？

  • ParNew收集器运行在多CPU环境下，由于可以充分利用多CPU、多核心等物理硬件资源优势，可以更快速完成垃圾收集，提升程序的吞吐量。
  • 但是在单个CPU的环境下，ParNew收集器不比Serial收集器更高效。虽然Serial收集器是基于串行回收，但是由于CPU不需要频繁地做任务切换，因此可以有效避免多线程交互过程中产生的一些额外开销。
  • 因为除Serial外，目前只有ParNew GC能与CMS收集器配合工作。

5.7 Parallel Scavenge回收器：吞吐量优先

Parallel Scavenge收集器同样也采用了复制算法、并行回收和"Stop The World"机制。

那么Parallel 收集器的出现是否多此一举？

  • 和ParNew收集器不同，Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量（Throughput），它也被称为吞吐量优先的垃圾收集器。
  • 自适应调节策略也是Parallel Scavenge与ParNew一个重要区别。

Parallel收集器在JDK1.6时提供了用于执行老年代垃圾收集的Parallel Old收集器，用来代替老年代的Serial Old收集器。

Parallel Old收集器采用了标记-压缩算法，但同样也是基于并行回收和"Stop-The-World"机制。

高吞吐量则可以高效率地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。因此，常见在服务器环境中使用。例如，那些执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序。

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参数配置：

  • 分别适用于新生代和老年代。默认jdk8是开启的。

  • 以下两个参数，默认开启一个，另一个也会被开启。（互相激活）

    //手动指定年轻代使用Parallel并行收集器执行内存回收任务。
-XX:+UseParallelGC 

//手动指定老年代都是使用并行回收收集器。
-XX:+UseParallelOldGC

    //设置年轻代并行收集器的线程数。一般地，最好与CPU数量相等，以避免过多的线程数影响垃圾收集性能。
//在默认情况下，当CPU数量小于8个，ParallelGcThreads的值等于CPU数量。
//当CPU数量大于8个，ParallelGCThreads的值等于3+[5*CPU Count]/8]
-XX:ParallelGCThreads

  • 为了尽可能地把停顿时间控制在MaxGCPauseMills以内，收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数。 对于用户来讲，停顿时间越短体验越好。但是在服务器端，我们注重高并发，整体的吞吐量。所以服务器端适合Parallel，进行控制。该参数使用需谨慎。

    //设置垃圾收集器最大停顿时间（即STW的时间）。单位是毫秒。
-XX:MaxGCPauseMillis

  • 取值范围(0，100)，默认值99，也就是垃圾回收时间不超过1。

  • 与前一个-XX:MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性。暂停时间越长，Radio参数就容易超过设定的比例。

    //垃圾收集时间占总时间的比例（=1/（N+1））。用于衡量吞吐量的大小。
-XX:GCTimeRatio

  • 在这种模式下，年轻代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，已达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。

  • 在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目标的吞吐量（GCTimeRatio）和停顿时间（MaxGCPauseMil1s），让虚拟机自己完成调优工作。

    //设置Parallel scavenge收集器具有自适应调节策略
XX:+UseAdaptivesizepplicy

在程序吞吐量优先的应用场景中，Parallel Scavenge收集器(新生代)和Parallel Old收集器(老年代)的组合，在server模式下的内存回收性能很不错。**在Java8中，默认是此垃圾收集器。**查看命令：java -XX:+PrintCommandLineFlags -version，输出结果：-XX:+UseParallelGC，即Parallel Scavenge（新生代） + Parallel Old（老生代）

5.8 CMS回收器：低延迟（响应时间优先）

5.8.1 概述

CMS(Concurrent-Mark-Sweep)收集器，这款收集器是HotSpot虚拟机中第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程同时工作。

  • CMS收集器的关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。停顿时间越短（低延迟）就越适合与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验。很大一部分的Java应用集中在互联网站或者B/S系统的服务端上!
  • 不幸的是，CMS作为老年代的收集器，却无法与JDK1.4.0中已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge配合工作，所以在JDK1.5中使用CMS来收集老年代的时候，新生代只能选择ParNew或者Serial收集器中的一个。
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CMS整个过程比之前的收集器要复杂，整个过程分为4个主要阶段，即初始标记阶段、并发标记阶段、重新标记阶段和并发清除阶段。(涉及STW的阶段主要是：初始标记 和 重新标记)。

  • 初始标记（Initial-Mark）阶段：在这个阶段中，程序中所有的工作线程都将会因为“stop-the-world”机制而出现短暂的暂停，这个阶段的主要任务仅仅只是标记出GC Roots能直接关联到的对象。一旦标记完成之后就会恢复之前被暂停的所有应用线程。由于直接关联对象比较小，所以这里的速度非常快。
  • 并发标记（Concurrent-Mark）阶段：从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行。
  • 重新标记（Remark）阶段：由于在并发标记阶段中，程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或者交叉运行，因此为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短。
  • 并发清除（Concurrent-Sweep）阶段：此阶段清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，释放内存空间。由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的!

目前所有的垃圾收集器都做不到完全不需要“stop-the-World”，只是尽可能地缩短暂停时间。

由于最耗费时间的并发标记与并发清除阶段都不需要暂停工作，所以整体的回收是低停顿的。

5.8.2 CMS为什么不使用标记整理算法？

因为当并发清除的时候，用Compact整理内存的话，原来的用户线程使用的内存还怎么用呢？要保证用户线程能继续执行，前提的它运行的资源不受影响嘛。Mark Compact更适合“stop the world” 这种场景下使用。

CMS收集器的垃圾收集算法采用的是标记清除算法，这意味着每次执行完内存回收后，由于被执行内存回收的无用对象所占用的内存空间极有可能是不连续的一些内存块，不可避免地将会产生一些内存碎片。那么CMS在为新对象分配内存空间时，将无法使用指针碰撞（Bump the Pointer）技术，而只能够选择空闲列表（Free List）执行内存分配。

5.8.3 参数设置

  • -XX:+UseConcMarkSweepGC

    • 手动指定使用CMS收集器执行内存回收任务。开启该参数后会自动将-XX:+UseParNewGC打开。即：ParNew『Young区』+ CMS『Old区』+ Serial Old的组合。

  • -XX:CMSInitiatingoccupanyFraction

    • 设置堆内存使用率的阈值，一旦达到该阈值，便开始进行回收。JDK5及以前版本的默认值为68，即当老年代的空间使用率达到68%时，会执行一次CMS回收。JDK6及以上版本默认值为92%。
    • 如果内存增长缓慢，则可以设置一个稍大的值，大的阀值可以有效降低CMS的触发频率，减少老年代回收的次数可以较为明显地改善应用程序性能。反之，如果应用程序内存使用率增长很快，则应该降低这个阈值，以避免频繁触发老年代串行收集器。因此通过该选项便可以有效降低Ful1Gc的执行次数。

  • -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

    • 用于指定在执行完Full GC后对内存空间进行压缩整理，以此避免内存碎片的产生。不过由于内存压缩整理过程无法并发执行，所带来的问题就是停顿时间变得更长了。

  • -XX:CMSFullGCsBeforecompaction

    • 设置在执行多少次Ful1GC后对内存空间进行压缩整理。

  • -XX:ParallelCMSThreads

    • 设置CMS的线程数量。
    • CMS默认启动的线程数是：(ParallelGCThreads+3)/4，ParallelGCThreads是年轻代并行收集器的线程数。当CPU资源比较紧张时，受到CMS收集器线程的影响，应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会非常糟糕。

5.8.4 CMS的优点与弊端

优点

  • 并发收集
  • 低延迟

缺点

  • 会产生内存碎片，导致并发清除后，用户线程可用的空间不足。在无法分配大对象的情况下，不得不提前触发Full GC。
  • CMS收集器对CPU资源非常敏感。在并发阶段，它虽然不会导致用户停顿，但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，总吞吐量会降低。
  • CMS收集器无法处理浮动垃圾。可能出现“Concurrent Mode Failure"失败而导致另一次Full GC的产生。在并发标记阶段由于程序的工作线程和垃圾收集线程是同时运行或者交叉运行的，那么在并发标记阶段如果产生新的垃圾对象，CMS将无法对这些垃圾对象进行标记，最终会导致这些新产生的垃圾对象没有被及时回收，从而只能在下一次执行GC时释放这些之前未被回收的内存空间。

5.8.5 小结

HotSpot有这么多的垃圾回收器，Serial GC、Parallel GC、CMS GC这三个GC有什么不同呢？

口令：

  • 如果你想要最小化地使用内存和并行开销，请选Serial GC；
  • 如果你想要最大化应用程序的吞吐量，请选Parallel GC；
  • 如果你想要最小化GC的中断或停顿时间，请选CMS GC。

5.9 G1(Garbage First)回收器：区域化分代式

5.9.1 为什么还要发布Garbage First（G1）？

原因就在于应用程序所应对的业务越来越庞大、复杂，用户越来越多，没有GC就不能保证应用程序正常进行，而经常造成STW的GC又跟不上实际的需求，所以才会不断地尝试对GC进行优

G1(Garbage-First)垃圾回收器是在Java7 update4之后引入的一个新的垃圾回收器，JDK9中默认！是当今收集器技术发展的最前沿成果之一。

官方给G1设定的目标是在延迟可控的情况下获得尽可能高的吞吐量，所以才担当起“全功能收集器”的重任与期望。

5.9.2 为什么名字叫 Garbage First(G1)呢？

因为G1是一个并行回收器，它把堆内存分割为很多不相关的区域Region（物理上不连续的）。使用不同的Region来表示Eden、幸存者0区，幸存者1区，老年代等。

G1 GC有计划地避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。

由于这种方式的侧重点在于回收垃圾最大量的区间(Region)，所以我们给G1一个名字：垃圾优先(Garbage First)。

5.9.3 G1垃圾收集器的优点

并行与并发

  • 并行性：G1在回收期间，可以有多个GC线程同时工作，有效利用多核计算能力。此时用户线程STW。
  • 并发性：G1拥有与应用程序交替执行的能力，部分工作可以和应用程序同时执行，因此，一般来说，不会在整个回收阶段发生完全阻塞应用程序的情况。

分代收集

  • 从分代上看，G1依然属于分代型垃圾回收器，它会区分年轻代和老年代，年轻代依然有Eden区和Survivor区。但从堆的结构上看，它不要求整个Eden区、年轻代或者老年代都是连续的，也不再坚持固定大小和固定数量。
  • 将堆空间分为若干个区域（Region），这些区域中包含了逻辑上的年轻代和老年代。
  • 和之前的各类回收器不同，它同时兼顾年轻代和老年代。对比其他回收器，或者工作在年轻代，或者工作在老年代；

G1所谓的分代，已经不是下面这样的了：

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而是这样的一个区域：

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空间整合

  • CMS：“标记-清除”算法、内存碎片、若干次GC后进行一次碎片整理
  • G1将内存划分为一个个的region。内存的回收是以region作为基本单位的。Region之间是复制算法，但整体上实际可看作是标记-压缩（Mark-Compact）算法，两种算法都可以避免内存碎片。这种特性有利于程序长时间运行，分配大对象时不会因为无法找到连续内存空间而提前触发下一次GC。尤其是当Java堆非常大的时候，G1的优势更加明显。

可预测的停顿时间模型(即:软实时softreal-time)

这是G1相对于CMS的另一大优势，G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过 N 毫秒。

  • 由于分区的原因，G1可以只选取部分区域进行内存回收，这样缩小了回收的范围，因此对于全局停顿情况的发生也能得到较好的控制。
  • G1 跟踪各个 Region 里面的垃圾堆积的价值大小(回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值)，在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。保证了G1收集器在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。
  • 相比于CMS GC，G1未必能做到CMS在最好情况下的延时停顿，但是最差情况要好很多。

5.9.4 G1垃圾收集器的缺点

  • 相较于CMS，G1还不具备全方位、压倒性优势。比如在用户程序运行过程中，G1无论是为了垃圾收集产生的内存占用（Footprint）还是程序运行时的额外执行负载（overload）都要比CMS要高。
  • 从经验上来说，在小内存应用上CMS的表现大概率会优于G1，而G1在大内存应用上则发挥其优势。平衡点在6-8GB之间。

5.9.5 G1参数设置

  • -XX:+UseG1GC：手动指定使用G1垃圾收集器执行内存回收任务
  • -XX:G1HeapRegionSize：设置每个Region的大小。值是2的幂，范围是1MB到32MB之间，目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域。默认是堆内存的1/2000。
  • -XX:MaxGCPauseMillis ：设置期望达到的最大GC停顿时间指标（JVM会尽力实现，但不保证达到）。默认值是200ms
  • -XX:+ParallelGcThread：设置STW工作线程数的值。最多设置为8
  • -XX:ConcGCThreads：设置并发标记的线程数。将n设置为并行垃圾回收线程数（ParallelGcThreads）的1/4左右。
  • -XX:InitiatingHeapoccupancyPercent：设置触发并发GC周期的Java堆占用率阈值。超过此值，就触发GC。默认值是45。

5.9.6 G1收集器的常见操作步骤

G1的设计原则就是简化JVM性能调优，开发人员只需要简单的三步即可完成调优：

  • 第一步：开启G1垃圾收集器
  • 第二步：设置堆的最大内存
  • 第三步：设置最大的停顿时间

G1中提供了三种垃圾回收模式：Young GC、Mixed GC和Full GC，在不同的条件下被触发。

5.9.7 G1适用场景

  • 面向服务端应用，同时注重吞吐量(Throughput)和低延迟(Low latency)，默认的暂停目标是 200 ms。针对具有大内存、多处理器的机器。(在普通大小的堆里表现并不惊喜)

  • 最主要的应用是需要低GC延迟，并具有大堆的应用程序提供解决方案;

    如：在堆大小约6GB或更大时，可预测的暂停时间可以低于8.5秒：(G1通过每次只清理一部分而不是全部的Region的增量式清理来保证每次GC停顿时间不会过长)。

  • 用来替换掉JDK1.5中的CMS收集器，在下面的情况时，使用G1可能比CMS好：

    • 超过50%的Java堆被活动数据占用:
    • 对象分配频率或年代提升频率变化很大;
    • GC停顿时间过长(长于0.5至1秒)。

  • Hotspot垃圾收集器里，除了G1以外，其他的垃圾收集器使用内置的IVM线程执行GC的多线程操作，而G1 GC可以采用应用线程承担后台运行的GC工作，即当JVM的GC线程处理速度慢时，系统会调用应用程序线程帮助加速垃圾回收过程。

5.9.8 分区Region使用

使用 G1收集器时，它将整个Java堆划分成约2048个大小相同的独立Region块，每个Region块大小根据堆空间的实际大小而定，整体被控制在1MB到32MB之间，且为2的N次幂，即1MB，2MB，4MB，8MB，16MB，32MB。可以通过-XX:G1HeapRegionsize设定。所有的Region大小相同，且在JVM生命周期内不会被改变。

虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了它们都是一部分Region(不需要连续)的集合。通过Region的动态分配方式实现逻辑上的连续。

一个region有可能属于Eden，Survivor或者Old/Tenured 内存区域。但是一个region只可能属于一个角色。图中的E表示该reqion属于Eden内存区域，S表示属于survivor内存区域，O表示属于old内存区域。图中空白的表示未使用的内存空间。

G1垃圾收集器还增加了一种新的内存区域，叫做Humongous 内存区域，如图中的H块。主要用于存储大对象，如果超过1.5个region，就放到H。

设置H的原因

对于堆中的大对象，默认直接会被分配到老年代，但是如果它是一个短期存在的大对象，就会对垃圾收集器造成负面影响。为了解决这个问题，G1划分了一个Humongous区它用来专门存放大对象。如果一个H区装不下一个大对象，那么G1会寻找连续的H区来存储。为了能找到连续的H区，有时候不得不启动Full GC。G1的大多数行为都把H区作为老年代的一部分来看待。

5.9.9 G1垃圾回收器的回收过程

G1 GC的垃圾回收过程主要包括如下三个环节：

  1. 年轻代GC(Young GC)：指目标只是新生代的垃圾收集。
  2. 年轻代GC(Young GC) + 并发标记过程(Concurrent Marking)：指目标只是老年代的垃圾收集。
  3. 混合回收(Mixed GC)：指目标是收集整个新生代以及部分老年代的垃圾收集

如果需要，单线程、独占式、高强度的Full GC还是继续存在的。它针对GC的评估失败提供了一种失败保护机制，即强力回收。

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顺时针，Young GC -> Young GC + Concurrent Mark -> Mixed GC顺序，进行垃圾回收。

  • 应用程序分配内存，当年轻代的Eden区用尽时开始年轻代回收过程；G1的年轻代收集阶段是一个并行的独占式收集器。在年轻代回收期，G1 GC暂停所有应用程序线程，启动多线程执行年轻代回收。然后从年轻代区间移动存活对象到Survivor区间或者老年区间，也有可能是两个区间都会涉及。

  • 当堆内存使用达到一定值（默认45%）时，开始老年代并发标记过程。

  • 标记完成马上开始混合回收过程。对于一个混合回收期，G1 GC从老年区间移动存活对象到空闲区间，这些空闲区间也就成为了老年代的一部分。和年轻代不同，老年代的G1回收器和其他GC不同，G1的老年代回收器不需要整个老年代被回收，一次只需要扫描/回收一小部分老年代的Region就可以了。同时，这个老年代Region是和年轻代一起被回收的。

    • 举个例子：一个Web服务器，Java进程最大堆内存为4G，每分钟响应1500个请求，每45秒钟会新分配大约2G的内存。G1会每45秒钟进行一次年轻代回收，每31个小时整个堆的使用率会达到45%，会开始老年代并发标记过程，标记完成后开始四到五次的混合回收。
5.9.9.1 G1回收过程1-年轻代GC（重要）

JVM启动时，G1先准备好Eden区，程序在运行过程中不断创建对象到Eden区，当Eden空间耗尽时，G1会启动一次年轻代垃圾回收过程。YGC时，首先G1停止应用程序的执行（Stop-The-World），G1创建回收集（Collection Set），回收集是指需要被回收的内存分段的集合，年轻代回收过程的回收集包含年轻代Eden区和Survivor区所有的内存分段。

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然后开始如下回收过程：

  • 第一阶段：扫描根

根是指static变量指向的对象，正在执行的方法调用链条上的局部变量等。根引用连同RSet(记忆集)记录的外部引用作为扫描存活对象的入口。

  • 第二阶段：更新RSet

处理dirty card queue（脏卡表）中的card，更新RSet。此阶段完成后，RSet可以准确的反映老年代对所在的内存分段中对象的引用。

dirty card queue（脏卡表）：

对于应用程序的引用赋值语句Obiect.field=obiect，JVM会在之前和之后执行特殊的操作以在dity card queue中入队一个保存了对象引用信息的card。在年轻代回收的时候，G1会对Dirty Card Queue中所有的card进行处理，以更新RSet，保证RSet实时准确的反映引用关系。

那为什么不在引用赋值语句处直接更新RSet呢？这是为了性能的需要，RSet的处理需要线程同步，开销会很大，使用队列性能会好很多。

  • 第三阶段：处理RSet

识别被老年代对象指向的Eden中的对象，这些被指向的Eden中的对象被认为是存活的对象。

  • 第四阶段：复制对象

此阶段，对象树被遍历，Eden区内存段中存活的对象会被复制到Survivor区中空的内存分段，Survivor区内存段中存活的对象如果年龄未达阈值，年龄会加1，达到阀值会被会被复制到o1d区中空的内存分段。如果Survivor空间不够，Eden空间的部分数据会直接晋升到老年代空间。

  • 第五阶段：处理引用

处理Soft，Weak，Phantom，Final，JNI Weak 等引用。最终Eden空间的数据为空，GC停止工作，而目标内存中的对象都是连续存储的，没有碎片，所以复制过程可以达到内存整理的效果，减少碎片。

5.9.9.2 G1回收过程2-年轻代GC+并发标记过程
  • **初始标记阶段：**标记从根节点直接可达的对象。这个阶段是STW的，并且会触发一次年轻代GC。
  • **根区域扫描（Root Region Scanning）：**G1 GC扫描survivor区直接可达的老年代区域对象，并标记被引用的对象。这一过程必须在Young GC之前完成。
  • **并发标记（Concurrent Marking）：**在整个堆中进行并发标记（和应用程序并发执行），此过程可能被YoungGC中断。在并发标记阶段，若发现区域对象中的所有对象都是垃圾，那这个区域会被立即回收。同时，并发标记过程中，会计算每个区域的对象活性（区域中存活对象的比例）。
  • **再次标记（Remark）：**由于应用程序持续进行，需要修正上一次的标记结果。是STW的。G1中采用了比CMS更快的初始快照算法：snapshot-at-the-beginning（SATB）。
  • **独占清理（cleanup，STW）：**计算各个区域的存活对象和GC回收比例，并进行排序，识别可以混合回收的区域。为下阶段做铺垫。是STW的。这个阶段并不会实际上去做垃圾的收集。
  • **并发清理阶段：**识别并清理完全空闲的区域。
5.9.9.3 G1回收过程3 - 混合回收
  • 当越来越多的对象晋升到老年代old region时，为了避免堆内存被耗尽，虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器，即Mixed GC，该算法并不是一个Old GC，除了回收整个Young Region，还会回收一部分的Old Region。这里需要注意：是一部分老年代，而不是全部老年代。可以选择哪些Old Region进行收集，从而可以对垃圾回收的耗时时间进行控制。也要注意的是Mixed GC并不是Full GC。
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  • 并发标记结束以后，老年代中百分百为垃圾的内存分段被回收了，部分为垃圾的内存分段被计算了出来。默认情况下，这些老年代的内存分段会分8次（可以通过-XX:G1MixedGCCountTarget设置）被回收。

  • 混合回收的回收集（Collection Set）包括八分之一的老年代内存分段，Eden区内存分段，Survivor区内存分段。混合回收的算法和年轻代回收的算法完全一样，只是回收集多了老年代的内存分段。具体过程请参考上面的年轻代回收过程。

  • 由于老年代中的内存分段默认分8次回收，G1会优先回收垃圾多的内存分段。垃圾占内存分段比例越高的，越会被先回收。并且有一个阈值会决定内存分段是否被回收。

  • XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent，默认为65%，意思是垃圾占内存分段比例要达到65%才会被回收。如果垃圾占比太低，意味着存活的对象占比高，在复制的时候会花费更多的时间。

  • 混合回收并不一定要进行8次。有一个阈值-XX:G1HeapWastePercent，默认值为1%，意思是允许整个堆内存中有10%的空间被浪费，意味着如果发现可以回收的垃圾占堆内存的比例低于1%，则不再进行混合回收。因为GC会花费很多的时间但是回收到的内存却很少。

5.9.9.4 G1回收可选的过程4 - Full GC

G1的初衷就是要避免Full GC的出现。但是如果上述方式不能正常工作，G1会停止应用程序的执行（stop-the-world），使用单线程的内存回收算法进行垃圾回收，性能会非常差，应用程序停顿时间会很长。

要避免Full GC的发生，一旦发生需要进行调整。

什么时候会发生Full GC呢？

比如堆内存太小，当G1在复制存活对象的时候没有空的内存分段可用，则会回退到Full GC，这种情况可以通过增大内存解决。 导致Full GC的原因可能有两个：

  • Evacuation的时候没有足够的to-space来存放晋升的对象；
  • 并发处理过程完成之前空间耗尽。

5.9.10 G1回收的优化建议

考虑到G1不是仅仅面向低延迟，停顿用户线程能够最大幅度提高垃圾收集效率，为了保证吞吐量所以才选择了完全暂停用户线程的实现方案。

年轻代大小

  • 避免使用-Xmn或-XX:NewRatio等相关选项显式设置年轻代大小
  • 固定年轻代的大小会覆盖

暂停时间目标暂停时间目标不要太过严苛

  • G1 GC的吞吐量目标是90%的应用程序时间和10%的垃圾回收时间
  • 评估G1 GC的吞吐量时，暂停时间目标不要太严苛。目标太过严苛表示你愿意承受更多的垃圾回收开销，而这些会直接影响到吞吐量。

5.9.11 Remembered Set（记忆集）

一个对象被不同区域引用的问题：

  • 一个Region不可能是孤立的，一个Region中的对象可能被其他任意Region中对象引用，判断对象存活时，是否需要扫描整个Java堆才能保证准确？

  • 在其他的分代收集器，也存在这样的问题（而G1更突出）回收新生代也不得不同时扫描老年代，这样的话会降低Minor GC的效率；

解决方法：

  • 无论G1还是其他分代收集器，JVM都是使用Remembered Set来避免全局扫描；

  • 每个Region都有一个对应的Remembered Set；每次Reference类型数据写操作时，都会产生一个Write Barrier暂时中断操作；

  • 然后检查将要写入的引用指向的对象是否和该Reference类型数据在不同的Region（其他收集器：检查老年代对象是否引用了新生代对象）；如果不同，通过cardTable把相关引用信息记录到引用指向对象的所在Region对应的Remembered Set中；当进行垃圾收集时，在GC根节点的枚举范围加入Remembered Set；就可以保证不进行全局扫描，也不会有遗漏。

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5.10 ZGC收集器

官网open in new window

ZGC与Shenandoah目标高度相似，在尽可能对吞吐量影响不大的前提下，实现在任意堆内存大小下都可以把垃圾收集的停顿时间限制在十毫秒以内的低延迟，

ZGC收集器是一款基于Region内存布局的，(暂时)不设分代的，使用了读屏障、染色指针和内存多重映射等技术来实现可并发的标记-压缩算法的，以低延迟为首要目标的一款垃圾收集器。

ZGC的工作过程可以分为4个阶段：

  1. 并发标记
  2. 并发预备重分配
  3. 并发重分配
  4. 并发重映射等

ZGC几乎在所有地方并发执行的，除了初始标记的是STW的。所以停顿时间几乎就耗费在初始标记上，这部分的实际时间是非常少的。

性能方面

在性能方面，尽管目前还处于实验状态，还没有完成所有特性，稳定性打磨和性能调优也仍在进行，但即使是这种状态下的ZGC，其性能表现已经相当亮眼，从官方给出的测试结果[14]来看，用“令人震惊的、革命性的ZGC”来形容都不为过。

图3-23和图3-24是ZGC与Parallel Scavenge、G1三款收集器通过SPECjbb 2015[15]的测试结果。在ZGC的“弱项”吞吐量方面，以低延迟为首要目标的ZGC已经达到了以高吞吐量为目标Parallel Scavenge的99%，直接超越了G1。如果将吞吐量测试设定为面向SLA（Service Level Agreements）应用的“Critical Throughput”的话[16]，ZGC的表现甚至还反超了Parallel Scavenge收集器。

而在ZGC的强项停顿时间测试上，它就毫不留情地与Parallel Scavenge、G1拉开了两个数量级的差距。不论是平均停顿，还是95%停顿、99%停顿、99.9%停顿，抑或是最大停顿时间，ZGC均能毫不费劲地控制在十毫秒之内，以至于把它和另外两款停顿数百近千毫秒的收集器放到一起对比，就几乎显示不了ZGC的柱状条（图3-24a），必须把结果的纵坐标从线性尺度调整成对数尺度（图3-24b，纵坐标轴的尺度是对数增长的）才能观察到ZGC的测试结果。

6、垃圾回收器总结

截止JDK1.8，一共有7款不同的垃圾收集器。每一款的垃圾收集器都有不同的特点，在具体使用的时候，需要根据具体的情况选用不同的垃圾收集器。

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GC发展阶段：Serial => Parallel（并行）=> CMS（并发）=> G1 => ZGC

不同厂商、不同版本的虚拟机实现差距比较大。HotSpot虚拟机在JDK7/8后所有收集器及组合如下图：

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6.1 怎么选择垃圾回收器

Java垃圾收集器的配置对于JVM优化来说是一个很重要的选择，选择合适的垃圾收集器可以让JVM的性能有一个很大的提升。怎么选择垃圾收集器？

  • 优先调整堆的大小让JVM自适应完成。
  • 如果内存小于100M，使用串行收集器。
  • 如果是单核、单机程序，并且没有停顿时间的要求，串行收集器。
  • 如果是多CPU、需要高吞吐量、允许停顿时间超过1秒，选择并行或者JVM自己选择。
  • 如果是多CPU、追求低停顿时间，需快速响应（比如延迟不能超过1秒，如互联网应用），使用并发收集器。
  • 官方推荐G1，性能高。现在互联网的项目，基本都是使用G1。

最后需要明确一个观点：

  • 没有最好的收集器，更没有万能的收集。
  • 调优永远是针对特定场景、特定需求，不存在一劳永逸的收集器。

7、GC日志分析

通过阅读GC日志，我们可以了解Java虚拟机内存分配与回收策略。 内存分配与垃圾回收的参数列表

  • -XX:+PrintGC：输出GC日志。类似：-verbose:gc
  • -XX:+PrintGCDetails：输出GC的详细日志
  • -XX:+PrintGCTimestamps：输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
  • -XX:+PrintGCDatestamps：输出GC的时间戳（以日期的形式，如2013-05-04T21：53：59.234+0800）
  • -XX:+PrintHeapAtGC：在进行GC的前后打印出堆的信息
  • -Xloggc:../logs/gc.1og：日志文件的输出路径

7.1 verbose:gc

打开GC日志：

-verbose:gc

这个只会显示总的GC堆的变化，如下：

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image-20210615232959438

参数解析：

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7.2 PrintGCDetails

打开GC日志：

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails

输出信息如下：

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参数解析：

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7.3 补充

  • GC和Full GC说明了这次垃圾收集的停顿类型，如果有"Full"则说明GC发生了"Stop The World"
  • 使用Serial收集器在新生代的名字是Default New Generation，因此显示的是"DefNew"
  • 使用ParNew收集器在新生代的名字会变成"ParNew"，意思是"Parallel New Generation"
  • 使用Parallel Scavenge收集器在新生代的名字是”PSYoungGen"
  • 老年代的收集和新生代道理一样，名字也是收集器决定的
  • 使用G1收集器的话，会显示为"garbage-first heap"

Allocation Failure表明本次引起GC的原因是因为在年轻代中没有足够的空间能够存储新的数据了。

[PSYoungGen：5986K->696K(8704K)]5986K->704K(9216K)中括号内：GC回收前年轻代大小，回收后大小，（年轻代总大小）括号外：GC回收前年轻代和老年代大小，回收后大小，（年轻代和老年代总大小）

user代表用户态回收耗时，sys内核态回收耗时，rea实际耗时。由于多核的原因，时间总和可能会超过real时间。

7.4 Young GC解析

7.5 Full GC解析

8、面试

对于垃圾收集，面试官可以循序渐进从理论、实践各种角度深入，也未必是要求面试者什么都懂。但如果你懂得原理，一定会成为面试中的加分项。 这里较通用、基础性的部分如下：

  • 垃圾收集的算法有哪些？

  • 如何判断一个对象是否可以回收？

  • 垃圾收集器工作的基本流程。

  • 另外，需要多关注垃圾回收器这一章的各种常用的参数。

9、附录

9.1 Stop The World

概述

Stop-the-World，简称STW，指的是GC事件发生过程中，会产生应用程序的停顿。停顿产生时整个应用程序线程都会被暂停，没有任何响应，有点像卡死的感觉，这个停顿称为STW。

  • 可达性分析算法中枚举根节点（GC Roots）会导致所有Java执行线程停顿。
    • 分析工作必须在一个能确保一致性的快照中进行。
    • 一致性指整个分析期间整个执行系统看起来像被冻结在某个时间点上。
    • 如果出现分析过程中对象引用关系还在不断变化，则分析结果的准确性无法保证。
  • 被STW中断的应用程序线程会在完成GC之后恢复，频繁中断会让用户感觉像是网速不快造成电影卡带一样，所以我们需要减少STW的发生。
  • STW事件和采用哪款GC无关，所有的GC都有这个事件。
  • 哪怕是G1也不能完全避免Stop-the-world情况发生，只能说垃圾回收器越来越优秀，回收效率越来越高，尽可能地缩短了暂停时间。
  • STW时JVM在后台自动发起和自动完成的。在用户不可见的情况下，把用户正常的工作线程全部停掉。
  • 开发中不要用System.gc()；会导致Stop-the-world的发生。

9.2 System.gc()的理解

  • System.gc或Runtime.getRuntime().gc()的调用，会显示触发Full GC，同时会对老年代和新生代进行回收，尝试释放被丢对象占用的内存
  • System.gc调用无法保证对垃圾收集器的调用
  • 一些特殊情况下，比如编写性能基准，我们可以在运行之间调用System.gc

9.3 内存溢出与内存泄露

OOM

  • java虚拟机的堆内存设置不够
  • 代码创建大量大对象，并且长时间不能被垃圾收集器收集（存在被引用）

内存泄漏

  • 只有对象不再被程序用到了，并且GC不能回收他们的情况，才叫内存泄露
  • 实际情况有一些疏忽导致对象的生命周期变的很长甚至OOM，宽泛意义上的内存泄露
  • 举例
    • 单例的生命周期和程序是一样长，如果单例程序中，持有对外部对象的引用的话，那么这个外部对象是不能被回收的，导致内存泄露
    • 一些提供close的资源未关闭导致内存泄露，如数据库链接，网络链接，和IO

9.4 垃圾回收的并行与并发

并发

  • 同一时间段内，几个程序都在同一个处理器上运行
  • CPU切换

并行

  • 一个CPU执行一个进程时，另一个CPU可以执行另一个进程，两个进程互相不抢占资源，可以同时进行，我们称之为并行
  • 并行因素取决于CPU的核心数量

并发的多个任务之间抢占资源

并行多个任务之间不互相抢占资源

垃圾回收的并发与并行

  • 并行：多条垃圾收集器并行工作，用户线程处于等待状态
  • 串行：单线程执行

9.5 安全点与安全区域

安全点

  • 程序执行并非在所有地方都能停顿下来开始GC，只有特定的位置才能停顿下来开始GC，这些位置称为安全点
  • 如果太少，导致GC等待时间长，如果太多导致运行时性能问题，大部分指令执行都比较短，通常会根据是否具有让程序长时间执行的特征为标准选择一些执行时间较长的指令作为安全点，比如方法调用，循环跳转和异常跳转等
  • 抢先式中断
    • 中断所有线程，如果还有线程不在安全点，就恢复线程，让线程跑到安全点
    • 没有虚拟机采用
  • 主动式中断
    • 设置一个中断标志，各个线程运行到安全点的时候，主动轮询这个标志，如果标志为真，则将自己进行中断挂起

安全区域

  • 如果线程处于sleep或者blocked状态，这时候线程无法响应jvm中断请求，走到安全点去中断挂起。对于这种情况，就需要安全区域来解决
  • 安全区域是指在一段代码片段中，对象的引用关系不会发生变化，在这个区域中任何位置开始GC都是安全的
  • 当线程运行到安全区域代码时，首先标志已经进入了安全区域，如果GC，JVM会忽略标识为安全区域状态的线程
  • 当线程即将离开安全区域时，会检查JVM是否已经完成GC，如果完成了，则继续运行。否则线程必须等待直到收到可以安全离开安全区域的信号为止

9.6 Major GC和Full GC的区别是什么？触发条件呢？

针对HotSpot VM的实现，它里面的GC其实准确分类只有两大种：

  • 部分收集（Partial GC）：指目标不是完整收集整个Java堆的垃圾收集，其中又分为：

    • 新生代收集（Minor GC/Young GC）：指目标只是新生代（young gen）的垃圾收集。
    • 老年代收集（Major GC/Old GC）：只收集老年代（old gen）的GC。只有CMS的concurrent collection是这个模式
    • 混合收集（Mixed GC）：收集整个young gen以及部分old gen的GC。只有G1有这个模式

  • 整堆收集（Full GC）：收集整个堆，包括young gen、old gen、perm gen（如果存在的话）等所有部分的模式。

Major GC通常是跟Full GC是等价的，收集整个GC堆。

最简单的分代式GC策略，按HotSpot VM的Serial GC的实现来看，触发条件是：

  • Young GC：当young gen中的eden区分配满的时候触发。注意Young GC中有部分存活对象会晋升到old gen，所以Young GC后old gen的占用量通常会有所升高；

  • Full GC：当准备要触发一次Young GC时，如果发现统计数据说之前Young GC的平均晋升大小比目前old gen剩余的空间大，则不会触发young GC而是转为触发full GC（因为HotSpot VM的GC里，除了CMS的concurrent collection之外，其它能收集old gen的GC都会同时收集整个GC堆，包括young gen，所以不需要事先触发一次单独的young GC）或者，如果有perm gen的话，要在perm gen分配空间但已经没有足够空间时，也要触发一次full GC；或者System.gc()、heap dump带GC，默认也是触发full GC；

  • Parallel Scavenge（-XX:+UseParallelGC）框架下，默认是在要触发Full GC前先执行一次Young GC，并且两次GC之间能让应用程序稍微运行一小下，以期降低Full GC的暂停时间（因为Young GC会尽量清理了young gen的死对象，减少了Full GC的工作量）。控制这个行为的VM参数是-XX:+ScavengeBeforeFullGC。这是HotSpot VM里的奇葩

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