JVM G1(Garbage First)垃圾收集器浅析

Garbage First（简称G1）收集器是垃圾收集器技术发展历史上的里程碑式的成果，它开创了收集器面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式。被Oracle官方称为“全功能的垃圾收集器”（Fully-Featured GarbageCollector）。JDK 9服务端模式下的默认垃圾收集器，而CMS则沦落至被声明为不推荐使用（Deprecate）的收集器。本文将对G1进行简单的介绍。

一 回顾G1之前的垃圾收集器(经典垃圾收集器)

上图展示了七种作用于不同分代的收集器，如果两个收集器之间存在连线，就说明它们可以搭配使用，图中收集器所处的区域，则表示它是属于新生代收集器抑或是老年代收集器。

对以上除G1外的收集器进行下简单介绍：

1 Serial收集器

• Serial 新生代收集器 单线程工作的收集器 使用复制算法
• Serial Old是Serial收集器的老年代版本 单线程收集器，使用标记-整理算法

Serial/Serial Old收集器运行示意图

2 ParNew 收集器

新生代收集器，就是Serial收集器的多线程版本。除了serial收集器外，目前只有它能与CMS收集器配合工作。

ParNew/Serial Old收集器运行示意图

3 Parallel Scavenge收集器

• 新生代收集器，基于标记-复制算法实现，也是能够并行收集的多线程收集器
• 自适应调节策略是Parallel Scavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy是一个开关参数，当这个参数打开之后，就不需要手工指定新生代的大小（-Xmn）、Eden与Survivor区的比例（-XX:SurvivorRatio）、晋升老年代对象年龄（-XX:PretenureSizeThreshold）等细节参数了，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量，这种调节方式称为GC自适应的调节策略（GC Ergonomics）。
• 更关注可控制的吞吐量 Throughput如果虚拟机完成某个任务，用户代码加上垃圾收集总共耗费了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%
• 应用场景(高吞吐量为目标，即减少垃圾收集时间，让用户代码获得更长的运行时间)高吞吐量可以最高效率的利用CPU时间，尽快的完成程序的运算任务等，当应用程序运行在具有多个CPU上，对暂停时间没有特别高的要求时，即程序主要在后台进行计算，而不需要与用户进行太多交互；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（停顿时间越短就越适合需要与用户交互或需要保证服务响应质量的程序，良好的响应速度能提升用户体验，此种场景CMS效果更好）

4 Parallel Old 收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，支持多线程并发收集，基于标记-整理算法实现。

Parallel Scavenge/Parallel Old收集器运行示意图

5 CMS 收集器

• CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。 目前很大一部分的Java应用集中在互联网网站或者基于浏览器的B/S系统的服务端上，这类应用通常都会较为关注服务的响应速度，希望系统停顿时间尽可能短，以给用户带来良好的交互体验。CMS收集器就非常符合这类应用的需求。从名字（包含“Mark Sweep”）上就可以看出CMS收集器是基于标记-清除算法实现的，它的运作过程相对于前面几种收集器来说要更复杂一些，整个过程分为四个步骤，包括：
  • 初始标记（CMS initial mark）
  • 并发标记（CMS concurrent mark）
  • 重新标记（CMS remark）
  • 并发清除（CMS concurrent sweep）
• 其中初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”。初始标记仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快；并发标记阶段就是从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；而重新标记阶段则是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；最后是并发清除阶段，清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与