Java中的垃圾回收器幾乎是面試中的必考點(diǎn)，無論是面試初級，中級還是高級，總免不了要問一問垃圾回收器的一些知識點(diǎn)。不管在實(shí)際開發(fā)中你使用程度怎么樣，為了面試不被壓價(jià)，還是非常有必要對它做一個(gè)較深入的理解。

本篇對JVM中常用的幾種垃圾回收器的主要特點(diǎn)，使用場景及優(yōu)化建議做一個(gè)簡單介紹，希望起到拋磚引玉的效果，對你入門有所幫助。

新生代回收器

•  Serial
•  ParNew
•  parallel

老年代回收器

•  Serial Old
•  CMS
•  Parallel Old

新生代和老年代回收器

•  G1

Serial

特點(diǎn)

Serial收集器是最基本、發(fā)展歷史最悠久的收集器。JDK1.3.1前是HotSpot新生代收集的唯一選擇。

運(yùn)行示意圖

有如下特點(diǎn)：

•  針對新生代；
•  采用復(fù)制算法；
•  單線程收集；
•  進(jìn)行垃圾收集時(shí)，必須暫停所有工作線程，直到完成；

優(yōu)勢：

簡單高效，由于采用的是單線程的方法，因此與其他類型的收集器相比，對單個(gè)cpu來說沒有了上下文之間的的切換，效率比較高。

劣勢：

會(huì)在用戶不知道的情況下停止所有工作線程。

使用場景

•  Client 模式(桌面應(yīng)用)

在用戶的桌面應(yīng)用場景中，可用內(nèi)存一般不大，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成垃圾收集，只要不頻繁發(fā)生，這是可以接受的

•  單核服務(wù)器

對于限定單個(gè)CPU的環(huán)境來說，Serial收集器沒有線程切換開銷，可以獲得最高的單線程收集效率

參數(shù)設(shè)置

•  -XX:+UseSerialGC：添加該參數(shù)來顯式的使用串行垃圾收集器

ParNew

特點(diǎn)

ParNew收集器其實(shí)就是Serial收集器的多線程版本，除了使用多線程進(jìn)行垃圾收集之外，其余均和Serial 收集器一致。

運(yùn)行示意圖

優(yōu)勢：

多線程版本的Serial，可以更加有效的利用系統(tǒng)資源

劣勢：

同Serial，會(huì)在用戶不知道的情況下停止所有工作線程

使用場景

Server模式下使用，亮點(diǎn)是除Serial外，目前只有它能與CMS收集器配合工作，是一個(gè)非常重要的垃圾回收器。

參數(shù)設(shè)置

•  -XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用CMS后，會(huì)默認(rèn)使用ParNew作為新生代收集器；
•  -XX:+UseParNewGC：強(qiáng)制指定使用ParNew；
•  -XX:ParallelGCThreads：指定垃圾收集的線程數(shù)量，ParNew默認(rèn)開啟的收集線程與CPU的數(shù)量相同；

parallel

特點(diǎn)

Parallel Scavenge也是一款用于新生代的多線程收集器，也是采用復(fù)制算法。與ParNew的不同之處在于Parallel Scavenge收集器的目的是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量，而ParNew收集器關(guān)注點(diǎn)在于盡可能的縮短垃圾收集時(shí)用戶線程的停頓時(shí)間。

運(yùn)行示意圖

有如下特點(diǎn)：

•  新生代收集器；
•  采用復(fù)制算法；
•  多線程收集；
•  關(guān)注點(diǎn)與其他收集器不同：
  •   CMS等收集器的關(guān)注點(diǎn)是盡可能地縮短垃圾收集時(shí)用戶線程的停頓時(shí)間；
  •   而Parallel Scavenge收集器的目標(biāo)則是達(dá)一個(gè)可控制的吞吐量；

優(yōu)勢：

追求高吞吐量，高效利用CPU，是吞吐量優(yōu)先，且能進(jìn)行精確控制。

劣勢：

應(yīng)該說是特點(diǎn)，追求高吞吐量必然要犧牲一些其他方面的優(yōu)勢，不能做到既，又。ParNew收集器關(guān)注點(diǎn)在于盡可能的縮短垃圾收集時(shí)用戶線程的停頓時(shí)間，原本10s收集一次, 每次停頓100ms, 設(shè)置完參數(shù)之后可能變成5s收集一次, 每次停頓70ms. 停頓時(shí)間變短, 但收集次數(shù)變多。

使用場景

根據(jù)相關(guān)特性，我們很容易想到它的使用場景，即：當(dāng)應(yīng)用程序運(yùn)行在具有多個(gè)CPU上，對暫停時(shí)間沒有特別高的要求時(shí)，程序主要在后臺(tái)進(jìn)行計(jì)算，而不需要與用戶進(jìn)行太多交互等就特別適合ParNew收集器。

•  例如，那些執(zhí)行批量處理、訂單處理、工資支付、科學(xué)計(jì)算的應(yīng)用程序等

參數(shù)設(shè)置

•  -XX:MaxGCPauseMillis：控制最大垃圾收集停頓時(shí)間，大于0的毫秒數(shù)；
•  -XX:GCTimeRatio：設(shè)置垃圾收集時(shí)間占總時(shí)間的比率，0<n<100的整數(shù)；

Serial Old

特點(diǎn)

Serial Old是Serial收集器的老年代版本，同樣是一個(gè)單線程收集器，使用標(biāo)記-整理算法。

有如下特點(diǎn)：

•  針對老年代；
•  采用"標(biāo)記-整理"算法（還有壓縮，Mark-Sweep-Compact）；
•  單線程收集；

優(yōu)劣勢基本和Serial無異，它是和Serial收集器配合使用的老年代收集器。

使用場景

•  Client模式；
•  單核服務(wù)器；
•  與Parallel Scavenge收集器搭配；
•  作為CMS收集器的后備方案，在并發(fā)收集發(fā)生Concurrent Mode Failure時(shí)使用

CMS

特點(diǎn)

CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。采用的算法是“標(biāo)記-清除”，運(yùn)作過程分為四個(gè)步驟：

•  初始標(biāo)記，標(biāo)記GC Roots 能夠直接關(guān)聯(lián)到達(dá)對象
•  并發(fā)標(biāo)記，進(jìn)行GC Roots Tracing 的過程
•  重新標(biāo)記，修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶程序繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那一部分標(biāo)記記錄
•  并發(fā)清除，用標(biāo)記清除算法清除對象。

運(yùn)行示意圖

有如下特點(diǎn)：

•  針對老年代；
•  基于"標(biāo)記-清除"算法(不進(jìn)行壓縮操作，產(chǎn)生內(nèi)存碎片)；
•  以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)；
•  并發(fā)收集、低停頓；
•  需要更多的內(nèi)存（看后面的缺點(diǎn)）；

優(yōu)勢：

•  停頓時(shí)間短；
•  吞吐量大；
•  并發(fā)收集

劣勢：

•  對CPU資源非常敏感
•  無法收集浮動(dòng)垃圾
•  容易產(chǎn)生大量內(nèi)存碎片

使用場景

•  與用戶交互較多的場景；
•  希望系統(tǒng)停頓時(shí)間最短，注重服務(wù)的響應(yīng)速度；
•  以給用戶帶來較好的體驗(yàn)；

如常見WEB、B/S系統(tǒng)的服務(wù)器上的應(yīng)用。

參數(shù)設(shè)置

•  -XX:+UseConcMarkSweepGC：指定使用CMS收集器

Parallel Old

特點(diǎn)

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多線程和“標(biāo)記-整理”算法，可以充分利用多核CPU的計(jì)算能力。

有如下特點(diǎn)：

•  針對老年代；
•  采用"標(biāo)記-整理"算法；
•  多線程收集；

優(yōu)劣勢參考Parallel Scavenge收集器。

使用場景

•  JDK1.6及之后用來代替老年代的Serial Old收集器；
•  特別是在Server模式，多CPU的情況下；

這樣在注重吞吐量以及CPU資源敏感的場景，就有了Parallel Scavenge（新生代）加Parallel Old（老年代）收集器的"給力"應(yīng)用組合；

參數(shù)設(shè)置

• -XX:+UseParallelOldGC：指定使用Parallel Old收集器

G1

特點(diǎn)

G1（Garbage-First）是JDK7-u4才推出商用的收集器

•  并行與并發(fā)：G1能充分利用多CPU，多核環(huán)境下的硬件優(yōu)勢。
•  分代收集：能夠采用不同的方式去處理新創(chuàng)建的對象和已經(jīng)存活了一段時(shí)間的對象，不需要與其他收集器進(jìn)行合作。
•  空間整合：G1從整體上來看基于“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)的收集器，從局部上看是基于復(fù)制算法實(shí)現(xiàn)的，因此G1運(yùn)行期間不會(huì)產(chǎn)生空間碎片。
•   可預(yù)測的停頓：G1能建立可預(yù)測的時(shí)間停頓模型，能讓使用者明確指定一個(gè)長度為M毫秒的時(shí)間片段內(nèi)，消耗在垃圾收集上的時(shí)間不得超過N毫秒。

運(yùn)行示意圖

有如下特點(diǎn)：

•  并行與并發(fā)
•  分代收集，收集范圍包括新生代和老年代
•  結(jié)合多種垃圾收集算法，空間整合，不產(chǎn)生碎片
•  可預(yù)測的停頓：低停頓的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高吞吐量
•  面向服務(wù)端應(yīng)用，將來替換CMS

優(yōu)勢：

•  能充分利用多CPU、多核環(huán)境下的硬件優(yōu)勢；
•  能獨(dú)立管理整個(gè)GC堆（新生代和老年代），而不需要與其他收集器搭配；
•  不會(huì)產(chǎn)生內(nèi)存碎片，有利于長時(shí)間運(yùn)行；
•  除了追求低停頓處，還能建立可預(yù)測的停頓時(shí)間模型；

G1收集器是當(dāng)今收集器技術(shù)發(fā)展的最前沿成果。

劣勢：

G1 需要記憶集 (具體來說是卡表)來記錄新生代和老年代之間的引用關(guān)系，這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在 G1 中需要占用大量的內(nèi)存，可能達(dá)到整個(gè)堆內(nèi)存容量的 20% 甚至更多。而且 G1 中維護(hù)記憶集的成本較高，帶來了更高的執(zhí)行負(fù)載，影響效率。

按照《深入理解Java虛擬機(jī)》作者的說法，CMS 在小內(nèi)存應(yīng)用上的表現(xiàn)要優(yōu)于 G1，而大內(nèi)存應(yīng)用上 G1 更有優(yōu)勢，大小內(nèi)存的界限是6GB到8GB。

所以，盡管是最前沿的成果，也不是完美無缺的。

使用場景

個(gè)人以為G1已經(jīng)基本全面壓制cms、parallel等回收器，缺點(diǎn)見上面的劣勢。但如果不是追求極致的性能，基本可以無腦G1

參數(shù)設(shè)置

•  -XX:+UseG1GC：指定使用G1收集器；
•  -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent：當(dāng)整個(gè)Java堆的占用率達(dá)到參數(shù)值時(shí)，開始并發(fā)標(biāo)記階段；默認(rèn)為45；
•  -XX:MaxGCPauseMillis：為G1設(shè)置暫停時(shí)間目標(biāo)，默認(rèn)值為200毫秒；
•  -XX:G1HeapRegionSize：設(shè)置每個(gè)Region大小，范圍1MB到32MB；目標(biāo)是在最小Java堆時(shí)可以擁有約2048個(gè)Region；

基本就介紹這些了，垃圾回收器基本不變的知識點(diǎn)多，學(xué)會(huì)（理解）可以應(yīng)付N年的相關(guān)知識的面試，又是高頻面試考點(diǎn)，各位同學(xué)還是值得在這塊下點(diǎn)功夫的。文中有任何不足，錯(cuò)誤歡迎指出，共同進(jìn)步！