JVM必知必會(四)【收集器選擇,G1】
垃圾收集器選擇
JVM給了三種選擇：序列收集器、並行收集器、併發收集器，但是序列收集器只適用於小資料量的情況，所以這裡的選擇主要針對並行收集器和併發收集器。預設情況下，JDK5.0以前都是使用序列收集器，如果想使用其他收集器需要在啟動時加入相應引數。JDK5.0以後，JVM會根據當前系統配置進行判斷。
吞吐量優先的並行收集器
如上文所述，並行收集器主要以到達一定的吞吐量為目標，適用於科學技術和後臺處理等。
典型配置：
java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20
-XX:+UseParallelGC：
-XX:ParallelGCThreads=20：配置並行收集器的執行緒數，即：同時多少個執行緒一起進行垃圾回收。此值最好配置與處理器數目相等。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC
-XX:+UseParallelOldGC：配置年老代垃圾收集方式為並行收集。JDK6.0支援對年老代並行收集。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k
-XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:MaxGCPauseMillis=100:設定每次年輕代垃圾回收的最長時間，如果無法滿足此時間，JVM會自動調整年輕代大小，以滿足此值。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy：設定此選項後，並行收集器會自動選擇年輕代區大小和相應的Survivor區比例，以達到目標系統規定的最低相應時間或者收集頻率等，此值建議使用並行收集器時，一直開啟。
響應時間優先的併發收集器
如上文所述，併發收集器主要是保證系統的響應時間，減少垃圾收集時的停頓時間。適用於應用伺服器、電信領域等。
典型配置：
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
-XX:+UseConcMarkSweepGC：設定年老代為併發收集。測試中配置這個以後，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此時年輕代大小最好用-Xmn設定。
-XX:+UseParNewGC:設定年輕代為並行收集。可與CMS收集同時使用。JDK5.0以上，JVM會根據系統配置自行設定，所以無需再設定此值。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：由於併發收集器不對記憶體空間進行壓縮、整理，所以執行一段時間以後會產生“碎片”，使得執行效率降低。此值設定執行多少次GC以後對記憶體空間進行壓縮、整理。
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：開啟對年老代的壓縮。可能會影響效能，但是可以消除碎片
Garbage First介紹
Garbage First簡稱G1，它的目標是要做到儘量減少GC所導致的應用暫停的時間，讓應用達到準實時的效果，同時保持JVM堆空間的利用率，其最大的特色在於允許指定在某個時間段內GC所導致的應用暫停的時間最大為多少，例如在100秒內最多允許GC導致的應用暫停時間為1秒，這個特性對於準實時響應的系統而言非常的吸引人，這樣就再也不用擔心繫統突然會暫停個兩三秒了。
目標
從設計目標看G1完全是為了大型應用而準備的。
支援很大的堆
高吞吐量
* 支援多CPU和垃圾回收執行緒
* 在主執行緒暫停的情況下，使用並行收集
* 在主執行緒執行的情況下，使用併發收集
實時目標：可配置在N毫秒內最多隻佔用M毫秒的時間進行垃圾回收
當然G1要達到實時性的要求，相對傳統的分代回收演算法，在效能上會有一些損失。
演算法詳解
G1可謂博採眾家之長，力求到達一種完美。他吸取了增量收集優點，把整個堆劃分為一個一個等大小的區域（region）。記憶體的回收和劃分都以region為單位；同時，他也吸取了CMS的特點，把這個垃圾回收過程分為幾個階段，分散一個垃圾回收過程；而且，G1也認同分代垃圾回收的思想，認為不同物件的生命週期不同，可以採取不同收集方式，因此，它也支援分代的垃圾回收。為了達到對回收時間的可預計性，G1在掃描了region以後，對其中的活躍物件的大小進行排序，首先會收集那些活躍物件小的region，以便快速回收空間（要複製的活躍物件少了），因為活躍物件小，裡面可以認為多數都是垃圾，所以這種方式被稱為Garbage First（G1）的垃圾回收演算法，即：垃圾優先的回收。
回收步驟：
1. 初始標記（Initial Marking）
G1對於每個region都儲存了兩個標識用的bitmap，一個為previous marking bitmap，一個為next marking bitmap，bitmap中包含了一個bit的地址資訊來指向物件的起始點。
開始Initial Marking之前，首先併發的清空next marking bitmap，然後停止所有應用執行緒，並掃描標識出每個region中root可直接訪問到的物件，將region中top的值放入next top at mark start（TAMS）中，之後恢復所有應用執行緒。
觸發這個步驟執行的條件為：
G1定義了一個JVM Heap大小的百分比的閥值，稱為h，另外還有一個H，H的值為(1-h)*Heap Size，目前這個h的值是固定的，後續G1也許會將其改為動態的，根據jvm的執行情況來動態的調整，在分代方式下，G1還定義了一個u以及soft limit，soft limit的值為H-u*Heap Size，當Heap中使用的記憶體超過了soft limit值時，就會在一次clean up執行完畢後在應用允許的GC暫停時間範圍內儘快的執行此步驟；
在pure方式下，G1將marking與clean up組成一個環，以便clean up能充分的使用marking的資訊，當clean up開始回收時，首先回收能夠帶來最多記憶體空間的regions，當經過多次的clean up，回收到沒多少空間的regions時，G1重新初始化一個新的marking與clean up構成的環。
2.併發標記（Concurrent Marking）
按照之前Initial Marking掃描到的物件進行遍歷，以識別這些物件的下層物件的活躍狀態，對於在此期間應用執行緒併發修改的物件的以來關係則記錄到remembered set logs中，新建立的物件則放入比top值更高的地址區間中，這些新建立的物件預設狀態即為活躍的，同時修改top值。
3.最終標記暫停（Final Marking Pause）
當應用執行緒的remembered set logs未滿時，是不會放入filled RS buffers中的，在這樣的情況下，這些remebered set logs中記錄的card的修改就會被更新了，因此需要這一步，這一步要做的就是把應用執行緒中存在的remembered set logs的內容進行處理，並相應的修改remembered sets，這一步需要暫停應用，並行的執行。
4.存活物件計算及清除（Live Data Counting and Cleanup）
值得注意的是，在G1中，並不是說Final Marking Pause執行完了，就肯定執行Cleanup這步的，由於這步需要暫停應用，G1為了能夠達到準實時的要求，需要根據使用者指定的最大的GC造成的暫停時間來合理的規劃什麼時候執行Cleanup，另外還有幾種情況也是會觸發這個步驟的執行的：
G1採用的是複製方法來進行收集，必須保證每次的”to space”的空間都是夠的，因此G1採取的策略是當已經使用的記憶體空間達到了H時，就執行Cleanup這個步驟；
對於full-young和partially-young的分代模式的G1而言，則還有情況會觸發Cleanup的執行，full-young模式下，G1根據應用可接受的暫停時間、回收young regions需要消耗的時間來估算出一個yound regions的數量值，當JVM中分配物件的young regions的數量達到此值時，Cleanup就會執行；partially-young模式下，則會盡量頻繁的在應用可接受的暫停時間範圍內執行Cleanup，並最大限度的去執行non-young regions的Cleanup。