经典面试题 | 讲一下垃圾回收器都有哪些？
垃圾回收器有哪些？是一個(gè)高頻的面試題，那本文就詳細(xì)來解答這個(gè)問題。
因?yàn)椴煌膹S商（IBM、Oracle），實(shí)現(xiàn)的垃圾回收器各不相同，而本文要討論的是 Oracle 的 HotSpot 虛擬機(jī)所使用的垃圾回收器。
常用垃圾回收器，如下圖所示：
新生代回收器：Serial、ParNew、Parallel Scavenge
老年代回收器：Serial Old、Parallel Old、CMS
整堆回收器：G1
其中相互連線的垃圾回收器，表示可以相互搭配使用。
新生代 And 老生代
目前常用的商用垃圾收集器都使用的是分代垃圾回收方式。
分代垃圾回收器把內(nèi)存分為：新生代（Young Generation）和老生代（Tenured Generation），如下圖所示：
（圖片來自fancydeepin）
默認(rèn)情況下，新生代和老生代的內(nèi)存比例是 1:2，該值可以通過 -XX:NewRatio 來設(shè)定。
新生代（Young Generation）
程序中的大部分對(duì)象都符合“朝生夕死”的特性，所以絕大數(shù)新創(chuàng)建的對(duì)象都會(huì)存放在新生代，除非是大對(duì)象會(huì)直接進(jìn)入老生代。新生代采用的是復(fù)制算法，這樣可以更高效的回收內(nèi)存空間。
新生代有細(xì)分為：Eden、Form Survivor、To Survivor 三個(gè)區(qū)域，默認(rèn)的比例是 8:1:1，可以通過 -XX:SurvivorRatio 來設(shè)定。
新生代垃圾回收的執(zhí)行過程：
1、Eden 區(qū) + From Survivor 區(qū)存活著的對(duì)象復(fù)制到 To Survivor 區(qū)；
2、清空 Eden 和 From Survivor 分區(qū)；
3、From Survivor 和 To Survivor 分區(qū)交換（From 變 To，To 變 From）。
老生代（Tenured Generation）
老生代垃圾回收的頻率比新生代低，存放的主要對(duì)象是：
1、新生代對(duì)象經(jīng)過 N 次 GC 晉升到老年代。
可以通過設(shè)置 -XX:MaxTenuringThreshold=5 來設(shè)置，默認(rèn)值是 15 次。
2、大對(duì)象直接存儲(chǔ)到老生代。
所謂的“大對(duì)象”指的是需要連續(xù)存儲(chǔ)空間的對(duì)象，比如：數(shù)組。
當(dāng)大對(duì)象在新生代存儲(chǔ)不下的時(shí)候，就需要分配擔(dān)保機(jī)制，把當(dāng)前新生代的所有對(duì)象復(fù)制到老年代中，因?yàn)榉峙鋼?dān)保機(jī)制需要涉及大量的復(fù)制，會(huì)導(dǎo)致性能問題，所有最好的方案是直接把大對(duì)象存儲(chǔ)到老生代中。
通過參數(shù) -xx:PretrnureSizeThreshold 來設(shè)定大對(duì)象的值。
注意：該參數(shù)只有 Serial 和 ParNew 垃圾回收器有效。
Serial
Serial 最早的垃圾回收器，JDK 1.3.1 之前新生代唯一的垃圾回收器，使用的是單線程串行回收方式，在單 CPU 環(huán)境下性能較好，因?yàn)閱尉€程執(zhí)行不存在線程切換。
線程類型： 單線程
使用算法： 復(fù)制算法
指定收集器： -XX:+UseSerialGC
Serial Old
Serial 收集器的老年代版本，同樣也是單線程的。它有一個(gè)實(shí)用的用途作為CMS收集器的備選預(yù)案，后面介紹CMS的時(shí)候會(huì)詳細(xì)介紹。
線程類型： 單線程
使用算法： 標(biāo)記-整理
指定收集器： -XX:+UseSerialGC
ParNew
ParNew 其實(shí)就是 Serial 的多線程版本，可以和 Serial 共用很多控制參數(shù)，比如：-XX:SurvivorRatio , ParNew 可以和 CMS 配合使用。
（注：圖片來源于零壹技術(shù)棧）
線程類型： 多線程
使用算法： 復(fù)制
指定收集器： -XX:+UseParNewGC
Parallel Scavenge
Parallel 和 ParNew 收集器類似，也是多線程的，但 Parallel 是吞吐量?jī)?yōu)先的收集器，GC停頓時(shí)間的縮短是以吞吐量為代價(jià)的，比如收集 100MB 的內(nèi)存，需要 10S 的時(shí)間，CMS 則會(huì)縮短為 7S 收集 50 MB 的內(nèi)存，這樣停頓的時(shí)間確實(shí)縮少了，但收集的頻率變大了，吞吐量就變小了。
線程類型： 多線程
使用算法： 復(fù)制
指定收集器： -XX:+UseParallelGC
Parallel Old
Parallel Old 是 Parallel 的老生代版本，同樣是吞吐量?jī)?yōu)先的收集器。
線程類型： 多線程
使用算法： 標(biāo)記-整理
指定收集器： -XX:+UseParallelOldGC
CMS
CMS（Concurrent Mark Sweep）一種以獲得最短停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器，非常適用B/S系統(tǒng)。
使用 Serial Old 整理內(nèi)存。
CMS 運(yùn)行過程：
（注：圖片來源于零壹技術(shù)棧）
1、初始標(biāo)記
標(biāo)記 GC Roots 直接關(guān)聯(lián)的對(duì)象，需要 Stop The World 。
2、并發(fā)標(biāo)記
從 GC Roots 開始對(duì)堆進(jìn)行可達(dá)性分析，找出活對(duì)象。
3、重新標(biāo)記
重新標(biāo)記階段為了修正并發(fā)期間由于用戶進(jìn)行運(yùn)作導(dǎo)致的標(biāo)記變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄。這個(gè)階段的停頓時(shí)間一般會(huì)比初始標(biāo)記階段稍長(zhǎng)一些，但遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記的時(shí)間短，也需要 Stop The World 。
4、并發(fā)清除
除垃圾對(duì)象。
CMS 缺點(diǎn)：
1、對(duì) CPU 資源要求敏感。
CMS 回收器過分依賴于多線程環(huán)境，默認(rèn)情況下，開啟的線程數(shù)為（CPU 的數(shù)量 + 3）/ 4，當(dāng) CPU 數(shù)量少于 4 個(gè)時(shí)，CMS 對(duì)用戶本身的操作的影響將會(huì)很大，因?yàn)橐殖鲆话氲倪\(yùn)算能力去執(zhí)行回收器線程。
2、CMS無法清除浮動(dòng)垃圾。
浮動(dòng)垃圾指的是CMS清除垃圾的時(shí)候，還有用戶線程產(chǎn)生新的垃圾，這部分未被標(biāo)記的垃圾叫做“浮動(dòng)垃圾”，只能在下次 GC 的時(shí)候進(jìn)行清除。
3、CMS 垃圾回收會(huì)產(chǎn)生大量空間碎片。
CMS 使用的是標(biāo)記-清除算法，所有在垃圾回收的時(shí)候回產(chǎn)生大量的空間碎片。
注意：CMS 收集器中，當(dāng)老生代中的內(nèi)存使用超過一定的比例時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)進(jìn)行垃圾回收；當(dāng)剩余內(nèi)存不能滿足程序運(yùn)行要求時(shí)，系統(tǒng)將會(huì)出現(xiàn) Concurrent Mode Failure，臨時(shí)采用 Serial Old 算法進(jìn)行清除，此時(shí)的性能將會(huì)降低。
線程類型： 多線程
使用算法： 標(biāo)記-清除
指定收集器： -XX:+UseConcMarkSweepGC
G1
G1 GC 這是一種兼顧吞吐量和停頓時(shí)間的 GC 實(shí)現(xiàn)，是 JDK 9 以后的默認(rèn) GC 選項(xiàng)。G1 可以直觀的設(shè)定停頓時(shí)間的目標(biāo)，相比于 CMS GC，G1 未必能做到 CMS 在最好情況下的延時(shí)停頓，但是最差情況要好很多。
G1 GC 仍然存在著年代的概念，但是其內(nèi)存結(jié)構(gòu)并不是簡(jiǎn)單的條帶式劃分，而是類似棋盤的一個(gè)個(gè) region。Region 之間是復(fù)制算法，但整體上實(shí)際可看作是標(biāo)記 - 整理（Mark-Compact）算法，可以有效地避免內(nèi)存碎片，尤其是當(dāng) Java 堆非常大的時(shí)候，G1 的優(yōu)勢(shì)更加明顯。
G1 吞吐量和停頓表現(xiàn)都非常不錯(cuò)，并且仍然在不斷地完善，與此同時(shí) CMS 已經(jīng)在 JDK 9 中被標(biāo)記為廢棄（deprecated），所以 G1 GC 值得深入掌握。
G1 運(yùn)行過程：
1、初始標(biāo)記
標(biāo)記 GC Roots 直接關(guān)聯(lián)的對(duì)象，需要 Stop The World 。
2、并發(fā)標(biāo)記
從 GC Roots 開始對(duì)堆進(jìn)行可達(dá)性分析，找出活對(duì)象。
3、重新標(biāo)記
重新標(biāo)記階段為了修正并發(fā)期間由于用戶進(jìn)行運(yùn)作導(dǎo)致的標(biāo)記變動(dòng)的那一部分對(duì)象的標(biāo)記記錄。這個(gè)階段的停頓時(shí)間一般會(huì)比初始標(biāo)記階段稍長(zhǎng)一些，但遠(yuǎn)比并發(fā)標(biāo)記的時(shí)間短，也需要 Stop The World 。
4、篩選回收
首先對(duì)各個(gè) Region 的回收價(jià)值和成本進(jìn)行排序，根據(jù)用戶所期望的 GC 停頓時(shí)間來制定回收計(jì)劃。這個(gè)階段可以與用戶程序一起并發(fā)執(zhí)行，但是因?yàn)橹换厥找徊糠?Region，時(shí)間是用戶可控制的。
線程類型： 多線程
使用算法： 復(fù)制、標(biāo)記-整理
指定收集器： -XX:+UseG1GC（JDK 7u4 版本后可用）
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參考
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Spring、Spring?MVC、MyBatis、Hibernate?面試題解析
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總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的经典面试题 | 讲一下垃圾回收器都有哪些？的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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