GC垃圾收集器分类
参考https://blog.csdn.net/tjiyu/article/details/53983650
Java垃圾收集器组合：
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；
组合方式: Serial/Serial Old、Serial/CMS+SerialOld(CMS的后备预案)、ParNew/Serial Old、ParNew/CMS+SerialOld(CMS的后备预案)、Parallel Scavenge/Serial Old、Parallel Scavenge/Parallel Old、G1；
并发垃圾收集和并行垃圾收集的区别
（A）、并行（Parallel）
指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态（挂起）；
如ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old；
（B）、并发（Concurrent）
指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行）；
用户程序在继续运行，而垃圾收集程序线程运行于另一个CPU上；
如CMS、G1（也有并行）；
1. Serial 收集器 串行
针对新生代；
采用复制算法；
单线程收集；
进行垃圾收集时，必须暂停所有工作线程，直到完成（即会"Stop The World）；
对于限定单个CPU的环境来说，Serial收集器没有线程交互（切换）开销，可以获得最高的单线程收集效率；
在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大（几十M至一两百M），可以在较短时间内完成垃圾收集（几十MS至一百多MS）,只要不频繁发生，这是可以接受的
Client模式下默认的新生代收集器
2. ParNew收集器 并行
ParNew收集器是Serial的多线程版本。一般运行在Server模式下首先的新生代收集器。在Server模式下，ParNew收集器是一个非常重要的收集器，因为除Serial外，目前只有它能与CMS收集器配合工作；
参数：
"-XX:+UseConcMarkSweepGC"：指定使用CMS后，会默认使用ParNew作为新生代收集器；
"-XX:+UseParNewGC"：强制指定使用ParNew；
"-XX:ParallelGCThreads"：指定垃圾收集的线程数量，ParNew默认开启的收集线程与CPU的数量相同；
3. Parallel Scavenge收集器（也称为吞吐量收集器（Throughput Collector）。） 并行
有一些特点与ParNew收集器相似
新生代收集器；
采用复制算法；
多线程收集；
它的关注点与其他收集器不同
CMS等收集器的关注点是尽可能地缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间；
而Parallel Scavenge收集器的目标则是达一个可控制的吞吐量（Throughput），说白了就是CPU的利用率，比较适合后端运算比较多的服务；
参数:
-XX:MaxGCPauseMillis每次年轻代垃圾回收的最长时间(最大暂停时间)，收集器尽量保证内存回收时间不大于这个值，应该设置一个合理的值。
-XX:GCTimeRatio设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比，与上面的参数互斥
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 设置此选项后,并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例,以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等,此值建议使用并行收集器时,一直打开.
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；
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；
这是一种值得推荐的方式：
(1)、只需设置好内存数据大小（如"-Xmx"设置最大堆）；
(2)、然后使用"-XX:MaxGCPauseMillis"或"-XX:GCTimeRatio"给JVM设置一个优化目标；
(3)、那些具体细节参数的调节就由JVM自适应完成；
4.Serial Old收集器 串行
单线程串行的老年代收集器。
应用场景
主要用于Client模式；
而在Server模式有两大用途：
（A）、在JDK1.5及之前，与Parallel Scavenge收集器搭配使用（JDK1.6有Parallel Old收集器可搭配，就基本不用parallel+serial old）；
（B）、作为CMS收集器的后备预案，在并发收集发生Concurrent Mode Failure时使用；
5. Parallel Old 收集器 并行
使用“标记-整理”的算法。该收集器比较适合和Parallel Scavenge收集器进行组合。-XX:+UseParallelOldGC
针对老年代；
采用"标记-整理"算法；
多线程收集；
6. 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，目前大部分的B/S系统都使用CMS的收集器。一般CMS是老生代收集器，和PerNew进行组合。
CMS收集器流程：
（A）、初始标记（CMS initial mark）
仅标记一下GC Roots能直接关联到的对象；
速度很快；
但需要"Stop The World"；
（B）、并发标记（CMS concurrent mark）
进行GC Roots Tracing的过程；
刚才产生的集合中标记出存活对象；
应用程序也在运行；
并不能保证可以标记出所有的存活对象；
（C）、重新标记（CMS remark）
为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记变动的那一部分对象的标记记录；
需要"Stop The World"，且停顿时间比初始标记稍长，但远比并发标记短；
采用多线程并行执行来提升效率；
（D）、并发清除（CMS concurrent sweep）
回收所有的垃圾对象；
整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除都可以与用户线程一起工作；
所以总体上说，CMS收集器的内存回收过程与用户线程一起并发执行；
CMS收集器的优点：并发收集、低停顿
CMS缺点：
1. CMS收集器对CPU资源非常敏感。在并发阶段，虽然不会导致用户线程停顿，但是会占用CPU资源而导致引用程序变慢，总吞吐量下降（并发解决了低停顿时间，但是总的垃圾回收时间增长，一半cpu用于运行用户线程，一半cpu用于垃圾回收，
导致原来 90/（90+10）=90%的吞吐量 ，变成（90+30）/((90+30)+(10+10))=85%,但是原来的停顿时间可能是3s,现在是1s
G1的话，虽然也是并发的进行筛选回收，但是由于有先筛选回收价值高的对象，相对来说提高了程序运行的时间，和降低了垃圾回收总时长
）。CMS默认启动的回收线程数是：(CPU数量+3) / 4。
2. CMS收集器无法处理浮动垃圾（在并发清除时，注意不是重新标记，用户线程新产生的垃圾，称为浮动垃圾），可能出现“Concurrent Mode Failure“，失败后而导致另一次Full GC的产生。
这使得并发清除时需要预留一定的内存空间，不能像其他收集器在老年代几乎填满再进行收集；
也要可以认为CMS所需要的空间比其他垃圾收集器大；
"-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction"：设置CMS预留内存空间；
JDK1.5默认值为68%；
JDK1.6变为大约92%；
Concurrent Mode Failure"失败
如果CMS预留内存空间无法满足程序需要，就会出现一次"Concurrent Mode Failure"失败；
这时JVM启用后备预案：临时启用Serail Old收集器，而导致另一次Full GC（主要对老年代进行标记压缩）的产生；
这样停顿时间就很长了。所以说参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置的过高将会很容易导致“Concurrent Mode Failure”失败，性能反而降低。
CMS是基于“标记-清除”算法实现的收集器，使用“标记-清除”算法收集后，会产生大量碎片。空间碎片太多时，将会给对象分配带来很多麻烦，比如说大对象，内存空间找不到连续的空间来分配不得不提前触发一次Full GC。为了解决这个问题，CMS收集器提供了一个-XX:UseCMSCompactAtFullCollection开关参数，用于在Full GC之后增加一个碎片整理过程，还可通过-XX:CMSFullGCBeforeCompaction参数设置执行多少次不压缩的Full GC之后，跟着来一次碎片整理过程。
应用场景
与用户交互较多的场景；
希望系统停顿时间最短，注重服务的响应速度；
以给用户带来较好的体验；
如常见WEB、B/S系统的服务器上的应用；
设置参数
"-XX:+UseConcMarkSweepGC"：指定使用CMS收集器；
G1收集器：
特点：
（A）、并行与并发，
（B）、分代收集，
（C）、结合多种垃圾收集算法，空间整合，不产生碎片
（D）、可预测的停顿：低停顿的同时实现高吞吐量 （优先回收价值高，成本高的Region对象，以提高吞吐量）
相比CMS（标记-清除），G1总体上更像是基于标记-整理（不产生碎片），从局部（两个Region间）看，是基于复制算法；
应用场景
面向服务端应用，针对具有大内存、多处理器的机器；
最主要的应用是为需要低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0.5秒；
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：
（1）、超过50％的Java堆被活动数据占用（堆占用率50%以上，包含新生代+老年代）；
（2）、对象分配频率或年代提升频率变化很大；
（3）、GC停顿时间过长（长于0.5至1秒）。
设置参数
"-XX:+UseG1GC"：指定使用G1收集器；
"-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent"：当整个Java堆的占用率达到参数值时，开始并发标记阶段；默认为45；
"-XX:MaxGCPauseMillis"：为G1设置暂停时间目标，默认值为200毫秒；//200毫秒应该是一个不错的停顿时间
"-XX:G1HeapRegionSize"：设置每个Region大小，范围1MB到32MB；目标是在最小Java堆时可以拥有约2048个Region；//堆大小起步，应该在2G以上，64G以下
G1收集器运作过程
不计算维护Remembered Set的操作，可以分为4个步骤（与CMS较为相似）。
（A）、初始标记（Initial Marking）会STW
仅标记一下GC Roots能直接关联到的对象；
且修改TAMS（Next Top at Mark Start）,让下一阶段并发运行时，用户程序能在正确可用的Region中创建新对象；
需要"Stop The World"，但速度很快；
（B）、并发标记（Concurrent Marking）
进行GC Roots Tracing的过程；
刚才产生的集合中标记出存活对象；
耗时较长，但应用程序也在运行；
并不能保证可以标记出所有的存活对象；
（C）、最终标记（Final Marking）会STW
为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记变动的那一部分对象的标记记录；
上一阶段对象的变化记录在线程的Remembered Set Log；
这里把Remembered Set Log合并到Remembered Set
需要"Stop The World"，且停顿时间比初始标记稍长，但远比并发标记短；
采用多线程并行执行来提升效率；
（D）、（并发）筛选回收（Live Data Counting and Evacuation）
首先排序各个Region的回收价值和成本；
然后根据用户期望的GC停顿时间来制定回收计划；
最后按计划回收一些价值高的Region中垃圾对象；
回收时采用"复制"算法，从一个或多个Region复制存活对象到堆上的另一个空的Region，并且在此过程中压缩和释放内存；
可以并发进行，降低停顿时间，并增加吞吐量；
TIP：
在发生Minor GC之前，虚拟机会先检查老年代最大可用的连续空间是否大于新生代所有对象的总空间。如果大于则进行Minor GC，如果小于则看HandlePromotionFailure设置是否允许担保失败（不允许则直接Full GC）。如果允许，那么会继续检查老年代最大可用的连续空间是否大于历次晋升到老年代对象的平均大小，如果大于则尝试Minor GC（如果尝试失败也会触发Full GC），如果小于则进行Full GC。
吞吐量与收集器关注点说明：
（A）、吞吐量（Throughput）
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）；
高吞吐量即减少垃圾收集时间，让用户代码获得更长的运行时间；
（B）、垃圾收集器期望的目标（关注点）
优质内容筛选与推荐>>（1）、停顿时间
停顿时间越短（CMS）就适合需要与用户交互的程序；
良好的响应速度能提升用户体验；
（2）、吞吐量
高吞吐量则可以高效率地利用CPU时间，尽快完成运算的任务；
主要适合在后台计算(Parallel Scavenge)而不需要太多交互的任务；
（3）、覆盖区（Footprint）
在达到前面两个目标（低停顿+高吞吐）的情况下，尽量减少堆的内存空间；
可以获得更好的空间局部性；我的感觉是，降低堆的内存空间，提高gc次数，降低引用步长（提高地址的连续性）
时间局部性（temporal locality）
时间局部性指的是：被引用过一次的存储器位置在未来会被多次引用（通常在循环中）。
空间局部性（spatial locality）
如果一个存储器的位置被引用，那么将来他附近的位置也会被引用1.重复引用同一个变量具有良好的时间局部性。
2.对于步长位k的引用程序，步长越小，空间局部性越小。步长为1的引用具有良好的空间局部性。k越大，空间局部性越差。
3.对于取指令来说、循环有良好的时间和空间局部性。
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