从萌新的角度理解垃圾收集器

从萌新的角度理解内存回收一文，详细的描述了内存回收(又称垃圾收集)涉及的相关方法论。垃圾收集器就是依据内存回收方法论的具体实现。本文简单介绍JVM中主要的垃圾收集器。下面主要看一张图。

垃圾收集器
在上图中，列举了七种不同的垃圾收集器，每个垃圾收集器复杂回收的内存区域不一样，且存在搭配关系。 Serial， ParNew， Parallel Scavenge这三个垃圾收集器负责回收堆区的新生代。CMS, Serial Old，Parallel Old负责回收堆区的老年代。G1垃圾回收器是目前最为先进的垃圾回收器，既能收回新生代又能回收老年代。上述垃圾回收器之间的搭配关系是通过蓝色实线表达，比如新生代若采用Serial，那么老年代只能采用CMS或者Serial Old与之配对。图中红色虚线不代表搭配关系，后文中会详细接收

• Serial 垃圾回收器
  Serial垃圾收集器，主要有以下几个我们需要知道的内容:
  (1) Serial 采用标记-复制算法进行垃圾回收
  (2) Serial 只有一个线程进行垃圾回收操作，不是多线程
  (3) Serial 在进行垃圾回收时，会暂停其他所有的工作线程，专心进行垃圾回收，这种暂停工作线程的现象，称为stop all word。
  (4) Serail 是最早也是最古老的垃圾回收器，是JVM工作在client模式下新生代默认选择的垃圾回收器。
• Serial old 垃圾回收器
  从名字可见一般，Serial Old垃圾收集器和Serial垃圾收集器最大的不同之处在于。其采用标记-整理的内存回收方法，而不是标记-复制算法，其也是单线程垃圾回收，垃圾回收时同样需要暂停其他工作线程。
• ParNew 垃圾回收器
  ParNew是Serial垃圾回收器的多线程版本，其具有多个垃圾回收线程，而不是单线程。其他的比如，收集算法，stop all word，对象分配规则等和Serial垃圾回收器完全一致。
• Parallel Scavenge
  该垃圾回收器是有多线程的垃圾回收，也是采用标记-复制算法的新生代垃圾回收线程，看上去和ParNew并不太大的区别。但是他们设计追求的目标并不一样，Parallel Scavenge最求最大的吞吐量为目标，即追求CPU运行目标代码的时间竟可能多占CPU总运行时间。其他的垃圾回收器是追求尽可能端的stop all word时间。从这一点看来，面向运算的后台任务，比较适合Paralle Scavenge，面向交互式的任务，追求最短的停顿时间，显然Parallel Scavenge不适合。
• CMS(Concurrent mark sweep)垃圾回收器
  该款垃圾回收器，是jdk1.5推出的一款具有里程碑意思的垃圾回收器。其面向强交互式应用，具有极短的stop all world 时间，几乎能够保证用户线程和垃圾回收线程同时工作。该垃圾收集器采用标记-清除算法，其整个的回收过程比上述垃圾回收器复杂，其可以分为四个阶段：
  (1)初始标记
  初始标记，主要是比较GCROOT直接关联的对象，这个过程比较快，好时段，需要stop all word，垃圾回收线程和用户线程不能同时工作。
  (2)并发标记
  该过程是GCROOT Tracing 过程，跟踪GCROOT能够引用的所有节点，该过程比较耗时，允许垃圾回收线程和用户线程同时工作
  (3)重新比较
  重新比较过程，是一个标定过程，在并发标记过程中，对用户线程更改的一些引用关系进行重新标记。该过程用时比较短，需要stop all world，不支持垃圾回收线程和用户线程同时工作
  (4)并发清除
  该过程，就是清理标记对象的过程，该过程允许垃圾回收线程和用户线程同时工作，耗时比较长。
  在上述的四个阶段中，耗时标记长的并发标记过程，以及并发清除过程都是允许垃圾回收线程和用户线程同时工作的，因此从总体上来看，CMS的垃圾回收线程允许用户线程和垃圾回收线程同时工作，具有强实时交互能力。
  特别注意: 用户线程和垃圾回收线程同时运行的话，那么在垃圾过程时，标配需要预留一步空间给用户线程支持，不能等到内存空间耗尽时，才进行垃圾回收。在jdk1.6中，设置内存资源使用92%时执行垃圾回收。如若在垃圾回收过程中，预留的内存空间无法满足用户线程的内存需求，则会报出Cocurrent mode failue 失败信息，此时老年代采用 serial old 代替CMS执行垃圾收集，这就是文中首图中红色虚线的意义
• G1垃圾收集器
  G1收集器是目前为止最为先进的垃圾收集器，其设计目标就是在未来替代CMS垃圾收集器，其也是多线线程垃圾收集，并且追求极短的stop all world时间，同样是分代收集策略，采用标记-整理算法。其最大性能优越之处在于，其拥有可预测停顿能力。其建立了可预测时间停顿模型。其能让使用者指定一具体时间，在这段时间内保证完成垃圾收集动作，具有实时垃圾收集器的特征
  G1垃圾收集器的回收方法这CMS具有很大不同，本文中并无详细讨论G1更具体细节，只粗粒度的介绍下垃圾回收器G1的细分过程，详细请参阅深入理解java虚拟机-JVM高级特性与最佳实践，其细分过程
  (1) 初始标记
  (2) 并发标记
  (3) 最终标记
  (4) 筛选回收
  从上述过程名来看，其细分过程和CMS的细分过程几乎一样，每个过程的逻辑效果也是大致相同，只是采用的具体实现方法不同。初始标记过程和最终标机过程耗时较短，是需要stop all world。并发标机和筛选回收过程耗时较长，不需stop all world。