在了解了上一章中GC算法的基本概念之后，本章將深入到各GC算法的具體實現(xiàn)中。對大多數(shù)JVM來說，一般需要選擇兩種GC算法，一種用于回收新生代內(nèi)存區(qū)，另一種用于回收老年代內(nèi)存區(qū)域。

　　新生代和老年代GC算法的可能組合如下表所示，如果不指定的話，將會在新生代和老年代中選擇默認的GC算法。下表中的GC算法組合是基于java 8的，在其他Java版本中可能會有所不同。

　　 　　如果現(xiàn)在覺得上表看起來覺得很復(fù)雜，請別著急。一般常用的是上面加粗的四種組合。剩下的組合一般是已經(jīng)不用了，或者是不再支持，或者在實際中基本不使用。所以，在接下來的文章中，只介紹上面這四種組合。

一、串行GC(Serial GC)

　　串行GC對于新生代使用標記復(fù)制(mark-copy)策略，對老年代使用標記清除整理(mark-sweep-compact)策略進行垃圾回收。這些收集器是單線程的，不能并發(fā)的對垃圾進行回收。并且在垃圾回收動作時會暫停整個應(yīng)用線程(stop-the-world)。

　　這種GC算法無法充分利用硬件資源，即使有多個核，在GC時也只用其中一個。在新生代和老年代啟動串行GC的命令如下：

　　這種GC算法一般并不常用，只有在堆內(nèi)存為幾百MB，并且應(yīng)用運行在單核CPU上時才使用。一般應(yīng)用都部署在多核的服務(wù)器上，如果使用串行GC會在GC時無法充分利用資源，造成性能瓶頸，提高應(yīng)用延遲和降低吞吐量。

　　接下來我們看一個串行GC的垃圾收集日志信息，使用如下命令使應(yīng)用打印出GC日志，

　　輸出日志如下，

　　從上面這段日志信息中可以看到進行了兩次GC，第一次清理了新生代，第二次清理了新生代和老年代空間。

1、Minor GC

　　清理新生代內(nèi)存的GC事件日志如下，

2015-05-26T14:45:37.987-02001$^1$ : 151.12622$^2$ : [ GC3$^3$ (Allocation Failure4$^4$ 151.126: [DefNew5$^5$ : 629119K->69888K6$^6$ (629120K)7$^7$> , 0.0584157 secs] 1619346K-1273247K8$^8$ (2027264K)9$^9$, 0.0585007> secs10$^{10}$] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.06 secs]11$^{11}$

　　 　　對照上面的不同字段進行說明， （1）2015-05-26T14:45:37.987-0200，發(fā)生本次GC動作的時間 （2）151.126，GC事件發(fā)生時距離該JVM啟動的時間，單位為秒 （3）GC，用于區(qū)分是Minor GC還是Full GC。這里表示本次是Minor GC （4）Allocation Failure，導(dǎo)致本次進行GC的原因。在這里，本次GC是由于無法為新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)在新生代中分配內(nèi)存空間導(dǎo)致的。 （5）DefNew，垃圾收集器的名稱。這個名稱表示的是在新生代中進行的單線程，標記-復(fù)制，全應(yīng)用暫停的垃圾收集器 （6）629119K->69888K，表示新生代內(nèi)存空間在GC前后的大小。 （7）629120K，表示新生代的總大小 （8）1619346K->1273247K，堆內(nèi)存在GC前后的大小 （9）2027264K，堆內(nèi)存中可用大小 （10）0.0585007 secs，GC動作的時間，單位為秒 （11）Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.06 secs，GC動作的時間，其中

real - 應(yīng)用暫停的總時間。由于串行GC是單線程的，所以暫停總時間等于user時間和sys時間之和 　　 　　經(jīng)過上面這些分析后，我們可以更加清楚的從GC日志中獲取到當(dāng)時的詳細信息。在GC前，總共使用了1619346K堆內(nèi)存，其中新生代使用了629119K。通過計算就可以得到老年代使用了990227K。

　　GC后，新生代釋放出了559231K內(nèi)存空間，但是堆的總內(nèi)存僅僅釋放了346099K。也就是說，在本次GC時，有213132K的對象從新生代升級到了老年代區(qū)域。

　　下圖形象的表明了本次GC前后內(nèi)存的變化情況。 　　 　　

2、Full GC

　　理解了Minor GC事件后，接下來我們看一下第二次GC的日志，

2015-05-26T14:45:59.690-02001$^1$ : 172.8292$^2$ : [GC (Allocation Failure 172.829: [DefNew: 629120K->629120K(629120K), 0.0000372 secs3$^3$] 172.829:[Tenured4$^4$: 1203359K->755802K5$^5$ (1398144K)6$^6$, 0.1855567 secs7$^7$ ] 1832479K->755802K8$^8$ (2027264K)9$^9$, [Metaspace: 6741K->6741K(1056768K)]10$^{10}$[Times: user=0.18 sys=0.00, real=0.18 secs]11$^{11}$

　　 　　對上面各組數(shù)據(jù)進行分析， （1）2015-05-26T14:45:59.690-0200，本次GC事件發(fā)生的時間 （2）172.829，GC時JVM的啟動總時間，單位為秒。 （3）[DefNew: 629120K->629120K(629120K), 0.0000372 secs，由于分配內(nèi)存不足導(dǎo)致的一次新生代GC。在本次GC時，首先進行的是新生代的DefNew類型GC，將新生代的內(nèi)存使用從629120K降低到0。注意在這里，JVM的顯示有問題，誤認為年輕代內(nèi)存使用完了。本次GC耗時0.0000372秒 （4）Tenured，老年代垃圾收集器的名稱。Tenured表示一個單線程，暫停整個應(yīng)用線程的標記清除整理的垃圾收集過程。 （5）1203359K->755802K，老年代在垃圾回收前后的內(nèi)存使用情況 （6）1398144K，老年代總內(nèi)存數(shù) （7）0.1855567 secs，老年代垃圾回收的耗時 （8）1832479K->755802K，垃圾回收前后總堆內(nèi)存的變化情況（包括新生代和老年代） （9）2027264K，JVM堆的可用內(nèi)存 （10）[Metaspace: 6741K->6741K(1056768K)]，元數(shù)據(jù)區(qū)在垃圾回收前后的內(nèi)存使用情況，從這里可以看出，本次GC時并沒有對元數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)存進行回收 （11）[Times: user=0.18 sys=0.00, real=0.18 secs]，GC事件的耗時，

二、并行GC(Parallel GC)

　　在這種GC模式下，新生代使用標記復(fù)制策略，老年代使用標記清除整理策略。新生代和老年代的GC事件都會導(dǎo)致所有應(yīng)用線程暫停。新生代和老年代在復(fù)制(copy)或整理(compact)階段都使用多線程，這也是并行GC名稱的來由。使用這種GC算法，可以降低垃圾回收的時間消耗。 　　 　　在垃圾回收時的并行線程數(shù)，可以由參數(shù)-XX:+ParallelGCThreads=NNN來設(shè)置。該參數(shù)的默認值是服務(wù)器的核數(shù)。 　　 　　使用并行GC，可以用以下三種命令模式：

　　 　　并行垃圾收集器一般用在多核服務(wù)器上，在多核服務(wù)器上使用并行GC，能重復(fù)利用硬件資源，提高應(yīng)用的吞吐量， - 在垃圾收集過程中，會利用所有的核并行進行垃圾回收動作，降低應(yīng)用暫停時間 - 在垃圾回收間歇期，垃圾收集器不工作，不會消耗系統(tǒng)資源 　　 　　另一方面，并行GC的所有階段都不能被中斷，所以這些垃圾收集器仍然有可能在所有應(yīng)用線程停止時陷入長時間的暫停中。所以，如果要求系統(tǒng)低延遲，那么不建議使用這種垃圾收集器。 　　 　　接下來，我們看一下并行GC時的日志信息。如下所示，

1、Minor GC

　　接下來詳細分析Minor GC時的日志信息。

2015-05-26T14:27:40.915-02001$^1$: 116.1152$^2$: [GC3$^3$ (Allocation Failure4$^4$) [PSYoungGen5$^5$: 2694440K->1305132K6$^6$(2796544K)7$^7$] 9556775K->8438926K8$^8$(11185152K)9$^9$, 0.2406675 secs10$^{10}$] [Times: user=1.77 sys=0.01, real=0.24 secs]11$^{11}$

　　 （1）2015-05-26T14:27:40.915-0200，本次GC事件發(fā)生的時間 （2）116.115，GC時JVM的啟動總時間，單位為秒。 （3）GC，用于區(qū)分Minor GC和Full GC。這里表示本次為Minor GC （4）Allocation Failure，導(dǎo)致本次GC的原因。是由于新生代中無法為新對象分配內(nèi)存 （5）PSYoungGen，垃圾收集器的名稱，這里表示這是一個并行標記復(fù)制，暫停全部應(yīng)用的新生代垃圾收集器 （6）2694440K->1305132K，GC前后新生代的內(nèi)存空間使用量 （7）2796544K，新生代總內(nèi)存量 （8）9556775K->8438926K，垃圾回收前后總堆內(nèi)存的變化情況（包括新生代和老年代） （9）11185152K，JVM堆的可用內(nèi)存 （10）0.2406675 secs，GC事件的耗時 （11）[Times: user=1.77 sys=0.01, real=0.24 secs]，GC事件的耗時，

real - 應(yīng)用暫停的總時間。在并行GC中，這個數(shù)值應(yīng)該接近于(user + sys) / GC線程數(shù)。即單個核上平均的暫停時間，在這里線程數(shù)為8。由于某些過程是不能并行執(zhí)行的，所以這個值會比剛才求的均值略高。

　　總結(jié)一下本次GC過程就是，在GC前整個堆內(nèi)存使用了9556775K，其中新生代使用了2694440K，那么老年代使用了6862335K。新生代的GC導(dǎo)致新生代釋放了1389308K的空間，但是堆的總空間只釋放了1117849K。這意味著有271459K的對象從新生代升級到了老年代中，整個過程如下圖所示， 　　 　　

2、Full GC

　　在理解了新生代的并行GC過程后，我們接下來分析一些并行GC在Full GC時的表現(xiàn)，

2015-05-26T14:27:41.155-02001$^1$: 116.3562$^2$: [Full GC3$^3$ (Ergonomics4$^4$) [PSYoungGen: 1305132K->0K(2796544K)]5$^5$ [ParOldGen6$^6$: 7133794K->6597672K7$^7$(8388608K)8$^8$] 8438926K->6597672K9$^9$(11185152K)10$^{10}$,[Metaspace: 6745K->6745K(1056768K)]11$^{11}$, 0.9158801 secs12$^{12}$] [Times: user=4.49 sys=0.64,real=0.92 secs]13$^{13}$

　　 （1）2015-05-26T14:27:41.155-0200，本次GC事件發(fā)生的時間 （2）116.356，GC時JVM的啟動總時間，單位為秒。 （3）Full GC，表示本次是一次Full GC，將會對新生代和老年代的內(nèi)存空間進行回收 （4）Ergonomics，本次GC的觸發(fā)原因。這里是由于JVM認為此刻是一次適合進行垃圾回收的時間 （5）[PSYoungGen: 1305132K->0K(2796544K)]，垃圾收集器的名稱。PSYoungGen表示這是一次新生代中進行的標記復(fù)制，暫停全部應(yīng)用的新生代GC。新生代的內(nèi)存空間使用量從1305132K降低到0。一般來說，進行了一次Full GC后，新生代的內(nèi)存空間將會被全部清理。 （6）ParOldGen，老年代中的垃圾收集器類型。在這里ParOldGen表示在老年代中使用的標記清除整理，暫停全部應(yīng)用的老年代垃圾收集器。 （7）133794K->6597672K，老年代垃圾回收前后的內(nèi)存使用情況 （8）8388608K，老年代的總內(nèi)存大小 （9）8438926K->6597672K，垃圾回收前后總堆內(nèi)存的變化情況（包括新生代和老年代） （10）11185152K，JVM堆的總內(nèi)存 （11）[Metaspace: 6745K->6745K(1056768K)]，元數(shù)據(jù)區(qū)在垃圾回收前后的內(nèi)存使用情況，從這里可以看出，本次GC時并沒有對元數(shù)據(jù)區(qū)的內(nèi)存進行回收 （12）0.9158801 secs，本次GC的耗時，單位為秒 （13）[Times: user=4.49 sys=0.64,real=0.92 secs]，GC事件的耗時，

三、并發(fā)標記清除CMS(Concurrent Mark and Sweep)

四、G1(Garbage First)

五、 Shenandoah