JVM學習和分析(二)：GC
一、關於GC
GC是JAVA語言最重要的特性之一，GC為廣大JAVA程式設計師解決了記憶體管理的諸多問題，但GC是一把雙刃劍，在替程式設計師解決了記憶體管理的同時，也隱藏了很多細節，使JAVA程式設計師並不能像C程式設計師那樣對記憶體做到控制。因此，很多時候JAVA程式設計師忽略了對記憶體的管理，認為JAVA可以替程式設計師管理好記憶體，正是因為這樣，JAVA程式會出現很多莫名其妙的問題。
個人認為，JAVA程式設計師其實在寫程式的時候，本質上就是在和GC做鬥爭，儘可能的去減少GC，但又要保證GC及時有效。
二、常用的基礎GC演算法
1、標記－清除（mark-sweep）演算法
最基礎的方法，分為標記和清除兩個階段工作
缺點：效率低下，容易產生大量記憶體碎片，過多記憶體碎片會導致無法分配大物件，從而導致第二次GC
2、複製（copying）演算法
將堆記憶體分為相等的兩塊，每次將還存活的物件複製到另外一半記憶體中，將當前記憶體部分的所有物件清除
優點：解決了標記－清除演算法的效率問題
缺點：浪費了一半的記憶體空間，且在物件存活率較高時，需要較多的複製操作
3、標記－整理（mark-compact）演算法
工作方式和標記－清除演算法類似，首先標記待回收的物件，標記完後，將存活的物件都向記憶體一端移動，然後清除掉邊界外的物件
優點：避免出現過多的記憶體碎片
缺點：效率不高
4、分代收集演算法（目前使用最多的演算法）
將堆記憶體分為新生代（Eden，S0，S1）和老年代（old），然後根據不同的年代採用不同的垃圾收集演算法
三、GC收集器
GC收集器是真正負責物件回收的部分，不同的GC收集器採用了不同的演算法（組合）
1、Serial收集器
最基礎，最古老的收集器，是一個完全的單執行緒收集器。Serial收集器在工作的時候，需要阻塞所有的JAVA執行緒，直到GC工作完成
新生代：複製演算法
老年代：標記－整理演算法
優點：簡單高效，避免執行緒互動的開銷
缺點：阻塞所有程序
工作場景：client模式下的JVM垃圾收集器，一般情況下，client模式的新生代記憶體在百兆左右，Serial收集時間大約幾十毫秒
2、ParNew收集器
多執行緒版本的Serial收集器
新生代：複製演算法
老年代：標記－整理演算法
優點：簡單高效，避免執行緒互動的開銷
缺點：阻塞所有程序
工作場景：server模式下的首先新生代垃圾收集器，配合CMS（作為老年代收集器）組成完成的GC收集器
3、Parallel Scavenge收集器
為達到可控制的吞吐量而設計的新生代收集器
吞吐量＝執行使用者程式碼時間/（執行使用者程式碼時間+垃圾收集時間）
+XX:MaxGCPauseMillis控制最大垃圾收集停頓時間，單位毫秒
+XX:GCTimeRatio設定吞吐量大小，大於0小於100的整數
優點：比較準確的控制吞吐量
缺點：設定不合理的時候，會導致更多的GC
新生代：複製演算法
工作場景：需要比較準確的吞吐量的場景
4、Parallel Old收集器
Parallel Scavenge的老年代版本
工作場景：在注重吞吐量及CPU資源敏感的場合，可以考慮使用Parallel Scavenge和Parallel Scavenge組合
5、CMS收集器
一個非常優秀的GC收集器，全稱Concurrent Mark Sweep，是基於標記－清除演算法，以獲取最短回收停頓時間為目標的GC收集器，收集過程包括四個階段：
- 初始標記：標記GC Roots能直接關聯的物件
- 併發標記：進行GC Roots Tracing
- 重新標記：去掉併發標記期間，因為使用者繼續使用而產生變化的物件
- 併發清除
其中，初始標記和重新標記會阻塞所有執行緒，但由於時間非常短，所以一般不會被使用者察覺
優點：快速，高效
缺點：對CPU資源敏感，無法處理浮動垃圾，會產生大量碎片
工作場景：需要高響應速度的B/S系統
6、G1收集器
目前最先進的垃圾收集器，全稱Garbage First，基於標記－整理演算法，G1收集器將堆記憶體分為若干個大小固定的區域，內部維護一個優先列表，在GC時間允許的範圍內，對優先列表中垃圾最多的區域進行回收，從而使GC收集器獲得最高的收集效率。
正式版本發行在JDK1.7
優點：收集效率高，長期執行穩定
缺點：目前沒發現
工作場景：需要高響應速度的B/S系統
四、個人經驗
CMS和G1都是非常適合應用在高訪問量的系統中，但兩者在實際使用中還是有不少差別，以下對比均為本人在同一套應用上得到
1、記憶體使用方面
使用CMS：通常穩定用到一部分堆記憶體，往往在使用一段時間後，會出現記憶體使用量跳變（到現在我還是沒想明白為什麼會出現跳變），跳變幅度一般為1倍，如果原來記憶體使用已經超過了一半，跳變後馬上會出現一次FULL GC，更嚴重的是出現OOM
使用G1：應用啟動後，瞬間會用滿所有堆記憶體，然後一直會佔用所有堆記憶體，但極少會有FULL GC出現，使用G1後，大約半年才出現了一次FULL GC
2、GC時間
使用CMS：YGC大約1－2秒一次，每次大約100ms左右
使用G1：YGC大約1秒3－4次，每次大約10ms左右
從記憶體使用和GC時間上來看，G1在高吞吐，高併發的環境下，表現還是非常不錯的