《Understanding the JVM》读书笔记之三——垃圾收集器

一、HotSpot虚拟机中的垃圾收集器：
　　|--Serial
　　|--Serial Old
　　|--PerNew
　　|--Parallel Scavenge
　　|--Parallel Old
　　|--CMS
　　|--G1

1. Serial和SerialOld收集器
　　• 单线程收集器，在进行GC时必须暂停其他所有线程，直到GC结束。
　　• 优势：简单而高效，Serial收集器虚拟机运行在client模式下的么人新生代收集器。
　　• 在单核cup环境中，由于没有线程交互的开销，效率更高。
　　• 新生代采用复制算法，老年代采用标记整理算法
2. PerNew收集器
　　• 是Serial的多线程版本。
　　• 采取复制算法实现
　　• 除了通过多个线程去执行GC之外，和Serial收集器完全一样。
　　• 是许多Server模式下的虚拟机的首选新生代收集器，因为只有它能够与CMS收集器配合工作。
　　• 默认开启的线程数和cpu的数量相同，在cpu数量非常多的情况下，可以通过参数-XX:ParallelGCThreads参数来控制线程数
3. ParallelScavenge收集器
　　• 使用复制算法的并行多线程收集器。
　　• 与CMS等收集器关注的垃圾收集时用户线程的停顿时间不同，ParallelScavenge收集器关注的是可控制的吞吐量：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）
　　• 通过参数-XX:MaxGCPauseMillis控制最大垃圾收集停顿时间，参数-XX:GCTimeRatio用于直接设置吞吐量，需要注意的是，GC停顿时间的减少是需要付出代价的，会直接导致垃圾收集变得更加频繁
　　• ParallelScavenge的GC自适应调节策略：通过开关参数-XX:+UseAdaptiveSizePolicy控制，这时不需要指定新生代大小、Eden和Survivor区域比例、老年代对象大小等参数，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控数据，动态调整这些信息。
4. ParallelOld收集器
　　• 是ParallelScavenge的老年代版本，使用多线程的标记整理算法实现。
　　• 如果新生代使用了ParallelScaven收集器，老年代必须使用ParallelOld收集器进行配合。
5. CMS收集器（Concurrent Mark Sweep）
　　• 基于标记-清除算法实现的，以获得最短回收停顿时间为目标的收集器。
　　• 运作过程：初始标记-->并发标记-->重新标记-->并发清除。
　　• 其中初始标记、重新标记需要stop the world，初始标记只标记与GCRoots直接关联的对象；并发标记时程序继续执行，GC进行查找引用链操作；重新标记则是为了修正程序继续执行期间产生变动的对象，用时<并发标记，但>初始标记
　　• CMS的问题：
　　　　a. CMS对CPU资源非常敏感，在超过4个cpu时，垃圾收集线程占用25%以上的cpu资源，随着cpu数量的增加这一数值会降低；但在4个以下时，可能导致在GC时程序的执行效率骤降
　　　　b. 由于CMS不可避免的存在浮动垃圾，不能再老年代空间已满的情况下再进行GC。而如果由于浮动垃圾而导致Concurrent Mode Failure失败而导致另一次Full GC的产生。
　　　　c. 标记-清除算法会产生内存碎片，当大对象分配内存不足时，会触发Full GC
　　• CMS参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction用来设置再老年代空间占用到多少时触发CMS收集器，默认92%；参数-XX:+UserCMSCompacgAFullCollection（默认开启）用于在CMS收集器顶不住需要Full GC时，开启内存碎片的整理过程，此过程无法并发执行；参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction用于设置执行多少次不压缩的Full GC后跟着执行一次带压缩的Full GC（默认是0，表示每次进入Full GC时都进行碎片整理）
　　• CMS收集器执行过程：　　
　　
6. G1收集器
　　• G1的特点：
　　　　a. 并行并发：G1能够充分利用多CPU、多核环境的特点，使用多个CPU缩短StopTheWorld的时间。
　　　　b. 基于整个GC堆的分代收集：和其他收集器不同，G1负责整个堆的垃圾回收；
　　　　c. 空间整合：从整个堆内存来看G1通过标记-整理算法实现；从局部看（两个Region之间）G1基于“复制”算法实现；
　　　　d. 停顿可预测：用户可以指定在长度为M的毫秒内，消耗在垃圾收集的时间不会超过N毫秒。
　　• 实现方式：
　　　　a. 将整个堆内存划分为大小相等的独立区域Region，新生代和老年代都是一个Region的一部分。
　　　　b. 可以有计划的在堆中进行整个Region的收集，每次在允许的时间内回收价值最大的Region。
　　　　c. 在G1中，Region之间的对象应用，（包括其他收集器中新生代和老年代之间的对象引用）都是通过RememberedSet来实现，避免全堆扫描；
　　　　d. RememberedSet的记录方式：JVM在发现都Reference类型的数据进行写操作时，会产生一个WriteBarrier暂停写操作，检查Reference对象是否处于不同的Region（或分代）之中，如果是，通过CardTable把相关信息记录到被引用的对象所属Region的RememberedSet之中。
　　• G1收集器的运行过程：
　　　　a. 初始标记：同CMS
　　　　b. 并发标记：同CMS
　　　　c. 最终标记：同CMS
　　　　d. 筛选回收：先对各个Region的回收价值和成本进行排序，再根据用户期望的GC停顿时间来指定回收计划
　　• G1收集器执行过程图：

　　　

二、GC日志

　　GC日志：[GC [ParNew: 3324K -> 152K(3712K), 0.0025933 secs] 3324K -> 152K(11904K),0.0031680 secs]

　　1. 日志开头，“[GC”或“[Full GC”分别表示GC的停顿类型，FullGC表示发生了StopTheWorld，如果是调用了System.gc()方法触发的GC，日志将显示为：“[Full GC(System)”
　　2. 后边的“[ParNew”表示GC发生的区域，这一部分根据不同的收集器，内容会不同;
　　3. 后边方括号内的3324K -> 152K(3712K)表示：GC前该区域已使用容量->GC后该区域已使用容量（该区域总容量）
　　4. 括号外的3324K -> 152K(11904K)表示：GC前整个堆已使用容量->GC后整个堆已使用容量（堆内存总容量）
　　5. 0.0025933 secs表示该区域GC所占用的时间，有的回收器会给出更加具体的时间