先來看看5種JVM垃圾收集器特點

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一、常見垃圾收集器

現(xiàn)在常見的垃圾收集器有如下幾種：
新生代收集器：
Serial
ParNew
Parallel Scavenge
老年代收集器：
Serial Old
CMS
Parallel Old
堆內(nèi)存垃圾收集器：G1
每種垃圾收集器之間有連線，表示他們可以搭配使用。

二、新生代垃圾收集器

（1）Serial 收集器
Serial 是一款用于新生代的單線程收集器，采用復制算法進行垃圾收集。Serial 進行垃圾收集時，不僅只用一條線程執(zhí)行垃圾收集工作，它在收集的同時，所有的用戶線程必須暫停（Stop The World）。
就比如媽媽在家打掃衛(wèi)生的時候，肯定不會邊打掃邊讓兒子往地上亂扔紙屑，否則一邊制造垃圾，一遍清理垃圾，這活啥時候也干不完。
如下是 Serial 收集器和 Serial Old 收集器結(jié)合進行垃圾收集的示意圖，當用戶線程都執(zhí)行到安全點時，所有線程暫停執(zhí)行，Serial 收集器以單線程，采用復制算法進行垃圾收集工作，收集完之后，用戶線程繼續(xù)開始執(zhí)行。

適用場景：Client 模式（桌面應用）；單核服務器。
可以用 -XX:+UserSerialGC 來選擇 Serial 作為新生代收集器。
（2）ParNew 收集器
ParNew 就是一個 Serial 的多線程版本，其它與Serial并無區(qū)別。ParNew 在單核 CPU 環(huán)境并不會比 Serial 收集器達到更好的效果，它默認開啟的收集線程數(shù)和 CPU 數(shù)量一致，可以通過 -XX:ParallelGCThreads 來設置垃圾收集的線程數(shù)。
如下是 ParNew 收集器和 Serial Old 收集器結(jié)合進行垃圾收集的示意圖，當用戶線程都執(zhí)行到安全點時，所有線程暫停執(zhí)行，ParNew 收集器以多線程，采用復制算法進行垃圾收集工作，收集完之后，用戶線程繼續(xù)開始執(zhí)行。

適用場景：多核服務器；與 CMS 收集器搭配使用。當使用 -XX:+UserConcMarkSweepGC 來選擇 CMS 作為老年代收集器時，新生代收集器默認就是 ParNew，也可以用 -XX:+UseParNewGC 來指定使用 ParNew 作為新生代收集器。
（3）Parallel Scavenge 收集器
Parallel Scavenge 也是一款用于新生代的多線程收集器，與 ParNew 的不同之處是ParNew 的目標是盡可能縮短垃圾收集時用戶線程的停頓時間，Parallel Scavenge 的目標是達到一個可控制的吞吐量。
吞吐量就是 CPU 執(zhí)行用戶線程的的時間與 CPU 執(zhí)行總時間的比值【吞吐量 = 運行用戶代代碼時間/（運行用戶代碼時間+垃圾收集時間）】，比如虛擬機一共運行了 100 分鐘，其中垃圾收集花費了 1 分鐘，那吞吐量就是 99% 。比如下面兩個場景，垃圾收集器每 100 秒收集一次，每次停頓 10 秒，和垃圾收集器每 50 秒收集一次，每次停頓時間 7 秒，雖然后者每次停頓時間變短了，但是總體吞吐量變低了，CPU 總體利用率變低了。

可以通過 -XX:MaxGCPauseMillis 來設置收集器盡可能在多長時間內(nèi)完成內(nèi)存回收，可以通過 -XX:GCTimeRatio 來精確控制吞吐量。
如下是 Parallel 收集器和 Parallel Old 收集器結(jié)合進行垃圾收集的示意圖，在新生代，當用戶線程都執(zhí)行到安全點時，所有線程暫停執(zhí)行，ParNew 收集器以多線程，采用復制算法進行垃圾收集工作，收集完之后，用戶線程繼續(xù)開始執(zhí)行；在老年代，當用戶線程都執(zhí)行到安全點時，所有線程暫停執(zhí)行，Parallel Old 收集器以多線程，采用標記整理算法進行垃圾收集工作。

適用場景：注重吞吐量，高效利用 CPU，需要高效運算且不需要太多交互。
可以使用 -XX:+UseParallelGC 來選擇 Parallel Scavenge 作為新生代收集器，jdk7、jdk8 默認使用 Parallel Scavenge 作為新生代收集器。

三、老年代垃圾收集器

（1）Serial Old 收集器
Serial Old 收集器是 Serial 的老年代版本，同樣是一個單線程收集器，采用標記-整理算法。
如下圖是 Serial 收集器和 Serial Old 收集器結(jié)合進行垃圾收集的示意圖：

適用場景：Client 模式（桌面應用）；單核服務器；與 Parallel Scavenge 收集器搭配；作為 CMS 收集器的后備預案。
（2）CMS(Concurrent Mark Sweep) 收集器
CMS 收集器是一種以最短回收停頓時間為目標的收集器，以 “ 最短用戶線程停頓時間 ” 著稱。整個垃圾收集過程分為 4 個步驟：
① 初始標記：標記一下 GC Roots 能直接關(guān)聯(lián)到的對象，速度較快。
② 并發(fā)標記：進行 GC Roots Tracing，標記出全部的垃圾對象，耗時較長。
③ 重新標記：修正并發(fā)標記階段引用戶程序繼續(xù)運行而導致變化的對象的標記記錄，耗時較短。
④ 并發(fā)清除：用標記-清除算法清除垃圾對象，耗時較長。
整個過程耗時最長的并發(fā)標記和并發(fā)清除都是和用戶線程一起工作，所以從總體上來說，CMS 收集器垃圾收集可以看做是和用戶線程并發(fā)執(zhí)行的。

CMS 收集器也存在一些缺點：
對 CPU 資源敏感：默認分配的垃圾收集線程數(shù)為（CPU 數(shù)+3）/4，隨著 CPU 數(shù)量下降，占用 CPU 資源越多，吞吐量越小
無法處理浮動垃圾：在并發(fā)清理階段，由于用戶線程還在運行，還會不斷產(chǎn)生新的垃圾，CMS 收集器無法在當次收集中清除這部分垃圾。同時由于在垃圾收集階段用戶線程也在并發(fā)執(zhí)行，CMS 收集器不能像其他收集器那樣等老年代被填滿時再進行收集，需要預留一部分空間提供用戶線程運行使用。當 CMS 運行時，預留的內(nèi)存空間無法滿足用戶線程的需要，就會出現(xiàn) “ Concurrent Mode Failure ”的錯誤，這時將會啟動后備預案，臨時用 Serial Old 來重新進行老年代的垃圾收集。
因為 CMS 是基于標記-清除算法，所以垃圾回收后會產(chǎn)生空間碎片，可以通過 -XX:UserCMSCompactAtFullCollection 開啟碎片整理（默認開啟），在 CMS 進行 Full GC 之前，會進行內(nèi)存碎片的整理。還可以用 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 設置執(zhí)行多少次不壓縮（不進行碎片整理）的 Full GC 之后，跟著來一次帶壓縮（碎片整理）的 Full GC。
適用場景：重視服務器響應速度，要求系統(tǒng)停頓時間最短。可以使用 -XX:+UserConMarkSweepGC 來選擇 CMS 作為老年代收集器。
（3）Parallel Old 收集器
Parallel Old 收集器是 Parallel Scavenge 的老年代版本，是一個多線程收集器，采用標記-整理算法。可以與 Parallel Scavenge 收集器搭配，可以充分利用多核 CPU 的計算能力。

適用場景：與Parallel Scavenge 收集器搭配使用；注重吞吐量。jdk7、jdk8 默認使用該收集器作為老年代收集器，使用 -XX:+UseParallelOldGC 來指定使用 Paralle Old 收集器。

四、新生代和老年代垃圾收集器

G1 收集器
G1 收集器是 jdk1.7 才正式引用的商用收集器，現(xiàn)在已經(jīng)成為 jdk9 默認的收集器。前面幾款收集器收集的范圍都是新生代或者老年代，G1 進行垃圾收集的范圍是整個堆內(nèi)存，它采用 “ 化整為零 ” 的思路，把整個堆內(nèi)存劃分為多個大小相等的獨立區(qū)域（Region），在 G1 收集器中還保留著新生代和老年代的概念，它們分別都是一部分 Region，如下圖：

每一個方塊就是一個區(qū)域，每個區(qū)域可能是 Eden、Survivor、老年代，每種區(qū)域的數(shù)量也不一定。JVM 啟動時會自動設置每個區(qū)域的大小（1M ~ 32M，必須是 2 的次冪），最多可以設置 2048 個區(qū)域（即支持的最大堆內(nèi)存為 32M*2048 = 64G），假如設置 -Xmx8g -Xms8g，則每個區(qū)域大小為 8g/2048=4M。
為了在 GC Roots Tracing 的時候避免掃描全堆，在每個 Region 中，都有一個 Remembered Set 來實時記錄該區(qū)域內(nèi)的引用類型數(shù)據(jù)與其他區(qū)域數(shù)據(jù)的引用關(guān)系（在前面的幾款分代收集中，新生代、老年代中也有一個 Remembered Set 來實時記錄與其他區(qū)域的引用關(guān)系），在標記時直接參考這些引用關(guān)系就可以知道這些對象是否應該被清除，而不用掃描全堆的數(shù)據(jù)。
G1 收集器可以 “ 建立可預測的停頓時間模型 ”，它維護了一個列表用于記錄每個 Region 回收的價值大小（回收后獲得的空間大小以及回收所需時間的經(jīng)驗值），這樣可以保證 G1 收集器在有限的時間內(nèi)可以獲得最大的回收效率。
如下圖所示，G1 收集器收集器收集過程有初始標記、并發(fā)標記、最終標記、篩選回收，和 CMS 收集器前幾步的收集過程很相似：

① 初始標記：標記出 GC Roots 直接關(guān)聯(lián)的對象，這個階段速度較快，需要停止用戶線程，單線程執(zhí)行。
② 并發(fā)標記：從 GC Root 開始對堆中的對象進行可達新分析，找出存活對象，這個階段耗時較長，但可以和用戶線程并發(fā)執(zhí)行。
③ 最終標記：修正在并發(fā)標記階段引用戶程序執(zhí)行而產(chǎn)生變動的標記記錄。
④ 篩選回收：篩選回收階段會對各個 Region 的回收價值和成本進行排序，根據(jù)用戶所期望的 GC 停頓時間來指定回收計劃（用最少的時間來回收包含垃圾最多的區(qū)域，這就是 Garbage First 的由來——第一時間清理垃圾最多的區(qū)塊），這里為了提高回收效率，并沒有采用和用戶線程并發(fā)執(zhí)行的方式，而是停頓用戶線程。
適用場景：要求盡可能可控 GC 停頓時間；內(nèi)存占用較大的應用。可以用 -XX:+UseG1GC 使用 G1 收集器，jdk9 默認使用 G1 收集器。

五、JVM垃圾收集器總結(jié)

本文主要介紹了JVM中的垃圾回收器，主要包括串行回收器、并行回收器以及CMS回收器、G1回收器。他們各自都有優(yōu)缺點，通常來說你需要根據(jù)你的業(yè)務，進行基于垃圾回收器的性能測試，然后再做選擇。下面給出配置回收器時，經(jīng)常使用的參數(shù)：

-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器
-XX:+UseParNewGC：在新生代使用并行收集器
-XX:+UseParallelGC ：新生代使用并行回收收集器，更加關(guān)注吞吐量
-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用并行回收收集器
-XX:ParallelGCThreads：設置用于垃圾回收的線程數(shù)
-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用并行收集器，老年代使用CMS+串行收集器
-XX:ParallelCMSThreads：設定CMS的線程數(shù)量
-XX:+UseG1GC：啟用G1垃圾回收器

接下來看看8種JVM內(nèi)存溢出原因

一. Java 堆空間

發(fā)生頻率：5顆星
造成原因
無法在 Java 堆中分配對象
吞吐量增加
應用程序無意中保存了對象引用，對象無法被 GC 回收
應用程序過度使用 finalizer。finalizer 對象不能被 GC 立刻回收。finalizer 由結(jié)束隊列服務的守護線程調(diào)用，有時 finalizer 線程的處理能力無法跟上結(jié)束隊列的增長
解決方案
使用 -Xmx 增加堆大小
修復應用程序中的內(nèi)存泄漏

二. GC 開銷超過限制

發(fā)生頻率：5顆星
造成原因
Java 進程98%的時間在進行垃圾回收，恢復了不到2%的堆空間，最后連續(xù)5個（編譯時常量）垃圾回收一直如此。
解決方案
使用 -Xmx 增加堆大小
使用 -XX:-UseGCOverheadLimit 取消 GC 開銷限制
修復應用程序中的內(nèi)存泄漏

三. 請求的數(shù)組大小超過虛擬機限制

發(fā)生頻率：2顆星
造成原因
應用程序試圖分配一個超過堆大小的數(shù)組
解決方案
使用 -Xmx 增加堆大小
修復應用程序中分配巨大數(shù)組的 bug

四. Perm gen 空間

發(fā)生頻率：3顆星
造成原因
Perm gen 空間包含：
類的名字、字段、方法
與類相關(guān)的對象數(shù)組和類型數(shù)組
JIT 編譯器優(yōu)化
當 Perm gen 空間用盡時，將拋出異常。
解決方案
使用 -XX: MaxPermSize 增加 Permgen 大小
不重啟應用部署應用程序可能會導致此問題。重啟 JVM 解決

五. Metaspace

發(fā)生頻率：3顆星
造成原因
從 Java 8 開始 Perm gen 改成了 Metaspace，在本機內(nèi)存中分配 class 元數(shù)據(jù)（稱為 metaspace）。如果 metaspace 耗盡，則拋出異常
解決方案
通過命令行設置 -XX: MaxMetaSpaceSize 增加 metaspace 大小
取消 -XX: maxmetsspacedize
減小 Java 堆大小,為 MetaSpace 提供更多的可用空間
為服務器分配更多的內(nèi)存
可能是應用程序 bug，修復 bug

六. 無法新建本機線程

發(fā)生頻率：5顆星
造成原因
內(nèi)存不足，無法創(chuàng)建新線程。由于線程在本機內(nèi)存中創(chuàng)建，報告這個錯誤表明本機內(nèi)存空間不足
解決方案
為機器分配更多的內(nèi)存
減少 Java 堆空間
修復應用程序中的線程泄漏。
增加操作系統(tǒng)級別的限制
ulimit -a
用戶進程數(shù)增大 (-u) 1800
使用 -Xss 減小線程堆棧大小

七. 殺死進程或子進程

發(fā)生頻率：1顆星
造成原因
內(nèi)核任務：內(nèi)存不足結(jié)束器，在可用內(nèi)存極低的情況下會殺死進程
解決方案
將進程遷移到不同的機器上
給機器增加更多內(nèi)存
與其他 OOM 錯誤不同，這是由操作系統(tǒng)而非 JVM 觸發(fā)的。

八. 發(fā)生 stack_trace_with_native_method

發(fā)生頻率：1顆星
造成原因
本機方法（native method）分配失敗
打印的堆棧跟蹤信息，最頂層的幀是本機方法
解決方案
使用操作系統(tǒng)本地工具進行診斷

最后
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網(wǎng)站題目：5種JVM垃圾收集器特點和8種JVM內(nèi)存溢出原因
鏈接地址：http://www.chinadenli.net/article34/iijose.html

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