前言

视频教程：https://www.bilibili.com/video/BV1Dz4y1A7FB?p=2&vd_source=85ac5ee1b07df12a44b648a8751d30f6

相关知识点

垃圾回收器

GC评估指标

吞吐量：运行用户代码时间/（运行用户代码时间+垃圾回收时间）

垃圾收集开销：吞吐量的补数

暂停时间：执行垃圾回收时，程序的工作线程被暂停的时间

收集频率：收集操作发生的频率

内存占用：Java堆区所占的内存大小

快速：一个对象从诞生到被回收所经历的时间

吞吐量优先：单位时间内STW时间最短

响应时间优先：尽可能让单次STW时间最短

目前JVM调优的标准：在最大吞吐量优先的情况下，降低停顿时间

垃圾回收器

串行回收器：Serial、Serial Old
并行回收器：ParNew、Parallel Scavenge、Parallel Old
并发回收器：CMS、G1

7种GC组合关系

如何查看默认GC

-XX:+PrintCommandLineFlags：查看命令行相关参数（包含使用的垃圾收集器）

使用命令行指令：jinfo –flag 相关垃圾回收器参数进程ID

Serial GC 和Serial Old GC

Serial收集器是最基本、历史最悠久的垃圾收集器
HotSpot中Client模式下的默认新生代垃圾收集器
采用复制算法、串行回收和”Stop-the-World”机制的方式执行内存回收
Serial Old 收集器同样也采用了串行回收和”Stop the World”机制，只不过内存回收算法使用的是标记-压缩算法。
Serial Old是运行在Client模式下默认的老年代的垃圾回收器
Serial Old在Server模式下主要有两个用途：① 与新生代的Parallel Scavenge配合使用 ② 作为老年代CMS收集器的后备垃圾收集方案

Serial必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束（Stop The World）。

优点

简单而高效（与其他收集器的单线程比），对于限定单个 CPU 的环境来说，Serial收集器由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。
适合运行在Client模式下的虚拟机
在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大（几十MB至一两百MB），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，使用串行回收器是可以接受的。

参数

-XX:+UseSerialGC 参数可以指定年轻代和老年代都使用串行收集器

PerNew GC

Par是Parallel的缩写，New：只能处理的是新生代
多线程垃圾回收器
ParNew 收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外，在年轻代中同样也是采用复制算法、"Stop-the-World"机制
很多JVM运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器
通常PerNew GC和Serial Old GC配合使用
- 对于新生代，回收次数频繁，使用并行方式高效
- 对于老年代，回收次数少，使用串行方式节省资源。（CPU并行需要切换线程，串行可以省去切换线程的资源）

优点

ParNew 收集器运行在多CPU的环境下，由于可以充分利用多CPU、多核心等物理硬件资源优势，可以更快速地完成垃圾收集，提升程序的吞吐量。
除Serial外，目前只有ParNew GC能与CMS收集器配合工作

但是在单个CPU的环境下，ParNew收集器不比Serial 收集器更高效。虽然Serial收集器是基于串行回收，但是由于CPU不需要频繁地做任务切换，因此可以有效避免多线程交互过程中产生的一些额外开销。

参数

-XX:+UseParNewGC：手动指定使用ParNew收集器执行内存回收任务。它表示年轻代使用并行收集器，不影响老年代。

-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量，默认开启和CPU数据相同的线程数。

Parallel GC和Parallel Old GC

基于并行回收
同样也采用了复制算法和”Stop the World”机制
自适应调节策略。（和ParNew收集器不同，Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量）
高吞吐量则可以高效率地利用 CPU 时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。因此，常见在服务器环境中使用。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。
Parallel 收集器在JDK1.6时提供了用于执行老年代垃圾收集的Parallel Old收集器，用来代替老年代的Serial Old收集器。
Parallel Old收集器采用了标记-压缩算法，但同样也是基于并行回收和”Stop-the-World”机制。
在程序吞吐量优先的应用场景中， Parallel 收集器和Parallel Old收集器的组合，在Server模式下的内存回收性能很不错。
在Java8中，默认是此垃圾收集器。

参数

-XX:+UseParallelGC 手动指定年轻代使用Parallel并行收集器执行内存回收任务。
-XX:+UseParallelOldGC 手动指定老年代都是使用并行回收收集器。

分别适用于新生代和老年代。默认jdk8是开启的。
上面两个参数，默认开启一个，另一个也会被开启。（互相激活）

-XX:ParallelGCThreads 设置年轻代并行收集器的线程数。一般地，最好与CPU数量相等，以避免过多的线程数影响垃圾收集性能。

在默认情况下，当CPU 数量小于8个， ParallelGCThreads 的值等于CPU 数量。
当CPU数量大于8个，ParallelGCThreads 的值等于3+[5*CPU_Count]/8] 。

-XX:MaxGCPauseMillis 设置垃圾收集器最大停顿时间(即STW的时间)。单位是毫秒。

为了尽可能地把停顿时间控制在MaxGCPauseMills以内，收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数。
对于用户来讲，停顿时间越短体验越好。但是在服务器端，我们注重高并发，整体的吞吐量。所以服务器端适合Parallel，进行控制。
该参数使用需谨慎。

-XX:GCTimeRatio 垃圾收集时间占总时间的比例（= 1 / (N + 1))。用于衡量吞吐量的大小。

取值范围（0,100）。默认值99，也就是垃圾回收时间不超过1%。
与前一个-XX:MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性。暂停时间越长，Radio参数就容易超过设定的比例。

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 设置Parallel Scavenge收集器具有自适应调节策略

在这种模式下，年轻代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，已达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。
在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目标的吞吐量（GCTimeRatio）和停顿时间（MaxGCPauseMills），让虚拟机自己完成调优工作。

CMS GC

在 JDK 1.5 时期，HotSpot 推出了一款在强交互应用中几乎可认为有划时代意义的垃圾收集器：CMS (Concurrent-Mark-Sweep)收集器，这款收集器是HotSpot虚拟机中第一款真正意义上的并发收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程同时工作
CMS收集器的关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。停顿时间越短（低延迟）就越适合与用户交互的程序，良好的响应速度能提升用户体验
目前很大一部分的Java应用集中在互联网站或者B/S系统的服务端上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好的体验。CMS收集器就非常符合这类应用的需求
CMS的垃圾收集算法采用标记-清除算法，并且也会”Stop-the-world”

初始标记（STW）：暂时时间非常短，标记与GC Roots直接关联的对象。
并发标记（最耗时）：从GC Roots开始遍历整个对象图的过程。不会停顿用户线程
重新标记：（STW）：修复并发标记环节，因为用户线程的执行，导致数据的不一致性问题
并发清理（最耗时）

不幸的是，CMS 作为老年代的收集器，却无法与 JDK 1.4.0 中已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge 配合工作，所以在JDK 1.5中使用CMS来收集老年代的时候，新生代只能选择ParNew或者Serial收集器中的一个。

收集过程

CMS整个过程比之前的收集器要复杂,整个过程分为4个主要阶段，即初始标记阶段、并发标记阶段、重新标记阶段和并发清除阶段。

初始标记（Initial-Mark）阶段：在这个阶段中，程序中所有的工作线程都将会因为“Stop-the-World”机制而出现短暂的暂停，这个阶段的主要任务仅仅只是标记出GC Roots能直接关联到的对象。一旦标记完成之后就会恢复之前被暂停的所有应用线程。由于直接关联对象比较小，所以这里的速度非常快
并发标记（Concurrent-Mark）阶段：从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行
重新标记（Remark）阶段：由于在并发标记阶段中，程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或者交叉运行，因此为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录（比如：由不可达变为可达对象的数据），这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短
并发清除（Concurrent-Sweep）阶段：此阶段清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象，释放内存空间。由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的

尽管CMS收集器采用的是并发回收（非独占式），但是在其初始化标记和再次标记这两个阶段中仍然需要执行“Stop-the-World”机制暂停程序中的工作线程

最耗费时间的并发标记与并发清除阶段都不需要暂停工作，所以整体的回收是低停顿的。

CMS收集器的垃圾收集算法采用的是标记—清除算法，这意味着每次执行完内存回收后，由于被执行内存回收的无用对象所占用的内存空间极有可能是不连续的一些内存块，不可避免地将会产生一些内存碎片。CMS在为新对象分配内存空间时，只能够选择空闲列表执行内存分配。

CMS收集器不能像其他收集器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行收集，而是当堆内存使用率达到某一阈值时，便开始进行回收，以确保应用程序在CMS工作过程中依然有足够的空间支持应用程序运行。要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序需要，就会出现一次“Concurrent Mode Failure”失败，这时虚拟机将启动后备预案：临时启用 Serial Old 收集器来重新进行老年代的垃圾收集，这样停顿时间就很长了。

优缺点

优点：

并发收集
低延迟

缺点：

会产生内存碎片，导致并发清除后，用户线程可用的空间不足。在无法分配大对象的情况下，不得不提前触发Full GC。
CMS收集器对CPU资源非常敏感。在并发阶段，它虽然不会导致用户停顿，但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，总吞吐量会降低。
CMS收集器无法处理浮动垃圾。可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次 Full GC 的产生。在并发标记阶段由于程序的工作线程和垃圾收集线程是同时运行或者交叉运行的，那么在并发标记阶段如果产生新的垃圾对象，CMS将无法对这些垃圾对象进行标记，最终会导致这些新产生的垃圾对象没有被及时回收，从而只能在下一次执行GC时释放这些之前未被回收的内存空间。

参数

-XX:+UseConcMarkSweepGC 手动指定使用CMS 收集器执行内存回收任务。

开启该参数后会自动将-XX:+UseParNewGC打开。即：ParNew(Young区用)+CMS(Old区用)+Serial Old的组合。

-XX:CMSlnitiatingOccupanyFraction 设置堆内存使用率的阈值，一旦达到该阈值，便开始进行回收。

JDK5及以前版本的默认值为68,即当老年代的空间使用率达到68%时，会执行一次CMS 回收。JDK6及以上版本默认值为92%
如果内存增长缓慢，则可以设置一个稍大的值，大的阈值可以有效降低CMS的触发频率，减少老年代回收的次数可以较为明显地改善应用程序性能。反之，如果应用程序内存使用率增长很快，则应该降低这个阈值，以避免频繁触发老年代串行收集器。因此通过该选项便可以有效降低Full GC 的执行次数。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 用于指定在执行完Full GC后对内存空间进行压缩整理，以此避免内存碎片的产生。不过由于内存压缩整理过程无法并发执行，所带来的问题就是停顿时间变得更长了。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设置在执行多少次Full GC后对内存空间进行压缩整理。

-XX:ParallelCMSThreads 设置CMS的线程数量。

CMS 默认启动的线程数是（ParallelGCThreads+3)/4，ParallelGCThreads 是年轻代并行收集器的线程数。当CPU 资源比较紧张时，受到CMS收集器线程的影响，应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会非常糟糕。

新特性

JDK9新特性：CMS被标记为Deprecate了(JEP291)

如果对JDK 9及以上版本的HotSpot虚拟机使用参数-XX：+UseConcMarkSweepGC来开启CMS收集器的话，用户会收到一个警告信息，提示CMS未来将会被废弃。

JDK14新特性：删除CMS垃圾回收器(JEP363)

移除了CMS垃圾收集器，如果在JDK14中使用-XX:+UseConcMarkSweepGC的话，JVM不会报错，只是给出一个warning信息，但是不会exit。JVM会自动回退以默认GC方式启动JVM

G1 GC

G1是一个并行回收器；把堆内存分割为很多不相关的区域（Region）（物理上不连续的）。使用不同的Region来表示Eden、幸存者0区，幸存者1区，老年代等。
有计划地避免在整个Java 堆中进行全区域的垃圾收集。G1 跟踪各个 Region 里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。
由于这种方式的侧重点在于回收垃圾最大量的区间（Region），所以我们给G1一个名字：垃圾优先（Garbage First）。
一款面向服务端应用的垃圾收集器，主要针对配备多核CPU及大容量内存的机器，以极高概率满足GC停顿时间的同时，还兼具高吞吐量的性能特征。
是JDK 9以后的默认垃圾回收器，取代了CMS 回收器以及Parallel + Parallel Old组合。被Oracle官方称为“全功能的垃圾收集器”。
并行与并发
- 并行性：G1在回收期间，可以有多个GC线程同时工作，有效利用多核计算能力。此时用户线程STW
- 并发性：G1拥有与应用程序交替执行的能力，部分工作可以和应用程序同时执行，因此，一般来说，不会在整个回收阶段发生完全阻塞应用程序的情况
分代收集
- 从分代上看，G1依然属于分代型垃圾回收器，它会区分年轻代和老年代，年轻代依然有Eden区和Survivor区。但从堆的结构上看，它不要求整个Eden区、年轻代或者老年代都是连续的，也不再坚持固定大小和固定数量。
- 将堆空间分为若干个区域（Region）,这些区域中包含了逻辑上的年轻代和老年代。
- 和之前的各类回收器不同，它同时兼顾年轻代和老年代。对比其他回收器，或者工作在年轻代，或者工作在老年代；
空间整合
- CMS：“标记-清除”算法、内存碎片、若干次GC后进行一次碎片整理
- G1将内存划分为一个个的region。内存的回收是以region作为基本单位的。Region之间是复制算法，但整体上实际可看作是标记-压缩（Mark-Compact）算法，两种算法都可以避免内存碎片。这种特性有利于程序长时间运行，分配大对象时不会因为无法找到连续内存空间而提前触发下一次 GC。尤其是当Java堆非常大的时候，G1的优势更加明显。
可预测的停顿时间模型（即：软实时soft real-time）：让使用者明确指定在一个长度为 M 毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过 N 毫秒。
- 由于分区的原因，G1可以只选取部分区域进行内存回收，这样缩小了回收的范围，因此对于全局停顿情况的发生也能得到较好的控制。
- G1 跟踪各个 Region 里面的垃圾堆积的价值大小（回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值），在后台维护一个优先列表，每次根据允许的收集时间，优先回收价值最大的Region。保证了 G1 收集器在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。
- 相比于CMS GC，G1未必能做到CMS在最好情况下的延时停顿，但是最差情况要好很多。

缺点：

相较于CMS，G1还不具备全方位、压倒性优势。比如在用户程序运行过程中，G1无论是为了垃圾收集产生的内存占用（Footprint）还是程序运行时的额外执行负载（Overload）都要比CMS要高。

从经验上来说，在小内存应用上CMS的表现大概率会优于G1，而G1在大内存应用上则发挥其优势。平衡点在6-8GB之间。

参数

-XX：+UseG1GC 手动指定使用G1收集器执行内存回收任务。
-XX:G1HeapRegionSize 设置每个Region的大小。值是2的幂，范围是1MB到32MB之间，目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域。默认是堆内存的1/2000。
-XX:MaxGCPauseMillis 设置期望达到的最大GC停顿时间指标(JVM会尽力实现，但不保证达到)。默认值是200ms
-XX:ParallelGCThread 设置STW时GC线程数的值。最多设置为8
-XX:ConcGCThreads 设置并发标记的线程数。将n设置为并行垃圾回收线程数(ParallelGCThreads)的1/4左右。
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 设置触发并发GC周期的Java堆占用率阈值。超过此值，就触发GC。默认值是45。

操作步骤

第一步：开启G1垃圾收集器
第二步：设置堆的最大内存
第三步：设置最大的停顿时间

G1中提供了三种垃圾回收模式：YoungGC、Mixed GC和Full GC，在不同的条件下被触发。

适用场景

面向服务端应用，针对具有大内存、多处理器的机器。(在普通大小的堆里表现并不惊喜)
最主要的应用是需要低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；（G1通过每次只清理一部分而不是全部的Region的增量式清理来保证每次GC停顿时间不会过长）。
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；
- 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）。
HotSpot 垃圾收集器里，除了G1以外，其他的垃圾收集器使用内置的JVM线程执行GC的多线程操作，而G1 GC可以采用应用线程承担后台运行的GC工作，即当JVM的GC线程处理速度慢时，系统会调用应用程序线程帮助加速垃圾回收过程。

分区Region

使用 G1 收集器时，它将整个Java堆划分成约2048个大小相同的独立Region块，每个Region块大小根据堆空间的实际大小而定，整体被控制在1MB到32MB之间，且为2的N次幂，即1MB,2MB,4MB,8MB,16MB,32MB。可以通过-XX:G1HeapRegionSize设定。所有的Region大小相同，且在JVM生命周期内不会被改变。

虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合。通过Region的动态分配方式实现逻辑上的连续。

一个 region 有可能属于 Eden，Survivor 或者 Old/Tenured 内存区域。但是一个region只可能属于一个角色。图中的 E 表示该region属于Eden内存区域，S表示属于Survivor内存区域，O表示属于Old内存区域。图中空白的表示未使用的内存空间。
G1 垃圾收集器还增加了一种新的内存区域，叫做 Humongous 内存区域，如图中的 H 块。主要用于存储大对象，如果超过1.5个region，就放到H。

设置H的原因：
对于堆中的大对象，默认直接会被分配到老年代，但是如果它是一个短期存在的大对象，就会对垃圾收集器造成负面影响。为了解决这个问题，G1划分了一个Humongous区，它用来专门存放大对象。如果一个H区装不下一个大对象，那么G1会寻找连续的H区来存储。为了能找到连续的H区，有时候不得不启动Full GC。G1的大多数行为都把H区作为老年代的一部分来看待。

垃圾回收过程（简略版）

年轻代GC （Young GC）
老年代并发标记过程（Concurrent Marking）
混合回收（Mixed GC）
（如果需要，单线程、独占式、高强度的Full GC还是继续存在的。它针对GC的评估失败提供了一种失败保护机制，即强力回收。）

小结

如果你想要最小化地使用内存和并行开销，请选Serial GC；
如果你想要最大化应用程序的吞吐量，请选Parallel GC；
如果你想要最小化GC的中断或停顿时间，请选CMS GC。

怎么选择垃圾收集器？

优先调整堆的大小让JVM自适应完成。

如果内存小于100M，使用串行收集器

如果是单核、单机程序，并且没有停顿时间的要求，串行收集器

如果是多CPU、需要高吞吐量、允许停顿时间超过1秒，选择并行收集器

如果是多CPU、追求低停顿时间，需快速响应（比如延迟不能超过1秒，如互联网应用），使用并发收集器

官方推荐G1，性能高。现在互联网的项目，基本都是使用G1。

垃圾回收使用场景

新型GC

面试题

请问吞吐量的优化和响应优先的垃圾收集器是如何选择的呢？（滴滴）
吞吐量优先选择什么垃圾回收器？响应时间优先呢？ (阿里)

```

**GC 收集器有哪些？（滴滴）
几种垃圾回收器（亚信）
垃圾回收器有哪些？都有哪些算法来实现？项目中用的垃圾回收器是什么？（平安）
垃圾回收器的基本原理是什么？垃圾回收器可以马上回收内存吗？有什么办法主动通知虚拟机进行垃圾回收？（平安）
你知道那些垃圾回收器（高德地图）
有哪些垃圾方法，垃圾收集器是什么。(新浪)
JVM有哪三种垃圾回收器？ (阿里)**


**CMS特点，垃圾回收算法有哪些？各自的优缺点，他们共同的缺点是什么？ (天猫)
讲一下CMS垃圾收集器垃圾回收的流程，以及CMS的缺点  (抖音)
说几个垃圾回收器，cms回收器有哪几个过程，停顿几次，会不会产生内存碎片。老年代产生内存碎片会有什么问题。 (小米)
g1和cms区别,吞吐量优先和响应优先的垃圾收集器选择 (携程)**


**G1原理。（亚信）
CMS和G1了解么，CMS解决什么问题，说一下回收的过程。(字节跳动)
CMS回收停顿了几次，为什么要停顿两次。(字节跳动)
CMS过程是怎样的？内部使用什么算法做垃圾回收？  (美团)
CMS 收集器与 G1 收集器的特点。（滴滴）
CMS 收集器与 G1 收集器的特点。 (蚂蚁金服)
G1回收器讲下回收过程 (蚂蚁金服)
你知道哪几种垃圾收集器，各自的优缺点，重点讲下cms和G1，包括原理，流程，优缺点。（拼多多）
你知道哪几种垃圾回收器，各自的优缺点，重点讲一下cms和g1，包括原理，流程，优缺点  (蚂蚁金服)
Java的垃圾回收器都有哪些，说下g1的应用场景，平时你是如何搭配使用垃圾回收器的  (滴滴)**