1.概述
Java應用啟動的時候，除了配置Xms以及Xmx參數（Xmx:InitialHeapSize， Xms:MaxHeapSize），還需要選擇合適的垃圾收集器。
截止Jdk1.8，共提供了7款垃圾收集器，每一款垃圾收集器都具有不同的特點。我們所需要做的就是，根據Java應用的特點已經部署環境，確定不同垃圾收集器的組合。這幾款垃圾收集器之間聯系如下圖所示：
由上圖可知，Serial，ParNew，Parallel Scavenge主要負責Young generation區域的垃圾回收，CMS，Serial Odl， Parallel Old主要負責Tenured generation區域的垃圾回收，G1在Young generation以及Tenured generation區域均可以使用(詳細原因在下文會進行闡述)。
2.垃圾收集器概述
jdk提供了多重垃圾收集器，下文會提供主流的垃圾收集器搭配組合，各種組合按照特點分為以下三類：
- 串行收集器：Serial + Serial Old;
- 並行收集器: Parallel Scavenge + Parallel Old，專注於應用吞吐量；
- 並發收集器：CMS，G1，專注於響應時間。
2.1 Serial收集器
Serial收集器（Serial + Serial Old）的主要特點是單線程回收資源。當需要執行垃圾回收時，程序會暫停一切工作(又稱為Stop The World，STW)，使用復制算法完成垃圾清理工作。
優點：
- 簡單高效，是Client模式下默認的垃圾收集器；
- 對於資源受限的環境，比如單核(例如Docker中設置單核)，單線程效率較高；
- 內存小於一兩百兆的桌面程序中，交互有限，則有限的STW是可以接受的。
缺點：
- 垃圾回收速度較慢且回收能力有限，頻繁的STW會導致較差的使用體驗。
ParNew收集器是Serial收集器的多線程版本，除了使用多線程進行垃圾收集工作，其他的控制參數，收集算法，對象分配規則等均與Serial收集器一致。
ParNew收集器在單核/雙核環境下，效率未必有Serial收集器工作效率高(多線程切換開銷等因素限制)，當然隨着核數的增加，其性能也會得到較大的提升。
2.2 Parallel收集器
Parallel收集器（Parallel Scavenge + Parallel Old）相比於Serial收集器的主要特點是，其是通過多線程完成垃圾的清理工作。其中Parallel Scavenge使用復制算法完成垃圾收集（Parallel Old使用標記整理算法），如果從這一點看其與ParNew相似，但實際上兩者的出發點存在區別，區別如下所示：
- ParNew出發點在於加速資源回收的速度，以減少應用的STW時間；
- Parallel Scavenge出發點在於資源回收的吞吐量(吞吐量:用戶線程時間/(用戶線程時間 + GC線程時間)).
高吞吐量適合於交互較少的后台應用程序（諸如科學計算應用），能夠更加充分的壓榨CPU。開發者可以根據應用的實際情況，通過調整以下兩個參數追求最優性能：
- 最大停頓時間：垃圾收集器在執行垃圾回收時終端應用執行的最大時間間隔,-XX:MaxGCPauseMills;
- 吞吐量：執行垃圾收集的時間與執行應用的時間占比，-XX：GCTimeRatio=
，垃圾收集時間占比：1/(1+N)。
2.3 CMS收集器
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是jdk 1.5推出的第一款真正意義上的並發收集器（針對老年代），實現了讓垃圾收集器與用戶線程（近似）同時工作，其具有以下特點：
- 基於"標記-清除"算法；
- 以獲取最短回收停頓時間為目標；
- 並發收集，停頓時間短。
CMS的垃圾收集過程比較復雜，主要步驟如下所示：
(1) CMS Initial Mark：初始標記Root(會STW，單線程執行，不過因為僅僅把GC Roots的直接可達對象標記一下，所以速度較快)；
(2) CMS Concurrent Mark：並發標記；
(3) CMS Concurrent Preclean: 並發預清理；
(4) CMS Remark: 並發標記(會STW，此步驟是因為在並發標記的過程中可能會產生新的垃圾，需要重新標記新產生的垃圾)；
(5) CMS Concurrent Sweep: 並發清除；
(6) CMS Concurrent Reset: 並發重置。
以上步驟中，最為耗費時間的並發標記與並發清除階段，不需要應用程序暫停執行，所以垃圾回收的停頓時間較短。
缺點：
- 對CPU資源敏感：並發收集雖然不會暫停應用程序，但是會占用CPU資源從而降低應用程序的執行效率（CMS默認收集線程數量=(CPU數量 + 3) / 4）;
- 產生浮動垃圾：在並發清除時，用戶線程會產生新的垃圾，稱之為浮動垃圾（並發清除時需要預留內存空間，不能像其他收集器在老年代幾乎填滿之后再進行收集工作）。
- 產生空間碎片：使用"標記-清除"算法，會產生大量不連續的內存碎片，從而導致在分配大內存對象時，無法找到足夠的連續內存，從而需要提前觸發一次Full GC操作。
針對以上缺點，可以從如下參數進行改進：
- -XX:ConcGCThreads:並發的GC線程數，從而降低CPU敏感度；
- -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：合理設置CMS的預留內存空間；
- -XX:+UseCMSCompactAtFullGCCollection: FullGC之后執行壓縮操作，消減內存碎片；
- -XX:CMSFullGCBeforeCompaction: 執行多次FullGC之后執行壓縮操作，消減內存碎片。
2.4 G1收集器
需要注意的是G1垃圾收集器在新生代以及老年代都能進行工作，這是因為相比於前面所介紹的垃圾收集器，它具有不同的堆內存結構。以前的垃圾收集器分代是划分為新生代、老牛代、持久帶等
。
G1將內存划分為多個大小相同的Region(1-32M，上限2048個)，每個Region均擁有自己的分代屬性，這些分代不需要連續。通過划分Region，G1可以根據計算老年代對象的效益率，優先回收具有最高效益率的對象（分代的內存不連續，GC搜索垃圾時需要全盤掃描找出對象引用情況，G1通過在每個Region中維護一個Remembered Set記錄對象引用情況解決此問題）。具體如下圖所示：
G1提供了兩種GC模式，Young GC以及Mixed GC,兩種GC都會STW。
2.4.1 Young GC
選定所有年輕代里的Region。通過控制年輕代的region個數，即年輕代內存大小，來控制young GC的時間開銷。
2.4.2 Mixed GC
選定所有年輕代里的Region，外加根據global concurrent marking統計得出收集收益高的若干老年代Region，在用戶指定的開銷目標范圍內盡可能選擇收益高的老年代Region。
Mixed GC不是Full GC，它只能回收部分老年代的Region，如果mixed GC實在無法跟上程序分配內存的速度，導致老年代填滿無法繼續進行Mixed GC，就會使用serial old GC（full GC）來收集整個GC heap（此時效率就會很低下）。所以我們可以知道，G1是不提供Full GC的。
在執行Mixed GC之前需要進行並發標記過程(Global Concurrent Marking)，具體步驟如下圖所示：
- Initial marking phase: 標記GCRoots(會STW)；
- Root region scanning phase： 標記存活Region；
- Concurrent marking phase：標記存活的對象；
- Remark phase：重新標記(會STW)；
- Cleanup phase： 回收內存。
需要注意，Mixed GC並不是一次性執行完，其會分為多個步驟執行(具體可見下一篇關於GC日志的文章)。在每次執行時，G1會計算每個Region中垃圾占內存分段比例，如果超過了-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent,則進行回收操作。此外，G1中可以設置堆內存中有多少空間允許浪費，即-XX:G1HeapWastePercent，在並發標記結束后，可以知道有多少空間要被回收，在每次Young GC和發生Mixed GC之前，會檢查垃圾占比是否到達了此閾值，只有到達了，才會發生Mixed GC。
PS:
資料收集過程中，感謝以下作者文章的參考：
https://bdqfork.cn/articles/33
https://juejin.im/post/5bade237e51d450ea401fd71如果您覺得我的文章對您有幫助，請關注我的微信公眾號，謝謝!
