面試官問我JVM的GC分代收集算法為什麼這麼設計

最近阿粉的小學妹，給阿粉留言，說面試官不按套路出牌，問JVM的相關知識的時候，不問有什麼GC算法，而是問我為什麼這麼設計，讓學妹很懵圈，阿粉就差給小學妹的腦殼敲破了，面試官這麼問，只是考驗你，知其然，知其所以然麼？今天阿粉就來簡單的說說這個。

JVM 的垃圾回收機制

我們先來說說這個回收機制的算法都有哪些，如圖所示。

目前面試比較常問的垃圾回收算法就是這幾種，我們分開來說，最後說說分代收集為什麼選擇不同的算法來實現。

標記清除算法 Mark-Sweep

我們都知道，標記清除算法，是垃圾回收算法當中算是最基礎的算法了，因為標記算法就只有兩個階段，

• 階段一 標記
• 階段二 清除

標記的是什麼內容呢？

標記的都是所有的需要被回收的對象，當執行到清除階段的時候，就會直接把這些標記的對象給完整的清除掉。

如果是這樣的話，那麼就會出現了一個問題，大家看，如果灰色的是我們的內存空間，然後我們把需要把被回收的對象清除的話，我們不能保證這個被回收的對象，一定會是連續排在一起的，就比如所有需要被回收的對象，都排在最上面的內存空間中，這個是不太可能的，所以，執行完清除之後，這些未使用的內存空間，就成了一個不連續的內存空間。

標記清除算法，最大的弊端出現了，碎片化就非常的嚴重，如果有大對象想要存入，而內存中出現沒有連續空間的話，那他就沒有可用空間保存了。

為了解决碎片化嚴重的這種情况，就有了下面的這種垃圾回收算法。

複制算法（copying）

為了解决這個內存碎片化嚴重的問題，按內存容量將內存劃分為等大小的兩塊。每次只使用其中一塊，當這一塊內存滿後將尚存活的對象複制到另一塊上去，把已使用的內存清掉。

實際上，這種方式大家看起來，有沒有什麼問題呢？解决了碎片化嚴重的情况，但是他把內存空間，直接劃分成了相等的兩塊，如果我們目前需要被回收的對象比較少，存活的對象比較多的話，那麼這種複制算法的效率，真的是有點低了。

那麼有沒有一個折中的呢？

這就出現了另外一個算法，

標記整理算法(Mark-Compact)

這種算法比較特殊了，標記階段和 Mark-Sweep 算法相同，但是整理的時候，就不一樣了，標記後不是清理對象，而是將存活對象移向內存的一端。然後清除端邊界外的對象。也就是，有可能是存活對象被移到左邊，然後右邊是需要被清理的對象，

這樣既能保證了內存空間是連續的，而且還能讓效率提昇。

那麼我們可以回歸這個標題了，GC分代收集，為什麼這麼設計。

分代

這個就挺好理解的，畢竟都知道一個共同的知識點，那就是 GC堆內存分為了老年代和新生代。

如果要選擇算法，那麼一定得從他們的本質去入手。

老年代：存活數量多，需要被處理的對象少

新生代：存活數量少，需要被處理的對象多

這種從本質的區別就劃分出來了，一個存活對象多，一個存活對象少，一個需要被清理的對象多，一個需要被清理的對象少。

複制算法因為每次複制的都是存活的對象，而新生代的存活對象都是比較少的，所以這個時候就可以采用複制算法來實現。

也就是說，新生代中劃分出來的大Eden 區 和兩個 Survivor區，每次使用的時候都是 Eden 區和其中的一塊 Survivor 區，當進行回收時，將該兩塊空間中還存活的對象複制到另一塊 Survivor 區中。

所以因為新生代的這種特性，所以使用複制算法。

而老年代因為每次只回收少量對象，因而采用 Mark-Compact 算法。

這就是為什麼面試的時候，面試官會問你為什麼GC分代收集時選擇不同算法的原因。

JVM的垃圾收集器

一般面試很多都是執著於去問垃圾回收機制和算法，很少有涉及到JVM的垃圾收集器的，阿粉今天稍微科普一下這個小知識。

Serial 收集器（新生代）

最早的收集器

采用複制算法，暫停所有用戶線程，

特點是簡單高效並且是單線程，但是容易導致全局停頓，就是我們經常所說的 STW（全局暫停）。

STW：

全局停頓，Java 代碼停止運行，native 代碼繼續運行，但不能與 JVM 進行交互

ParNew收集器（新生代）

實際上屬於 Serial 收集器 的昇級版，從單線程變成了多線程，算法一樣，也是暫停所有用戶線程。

主要用來搭配 CMS 收集器一起使用。

Parallel Scavenge收集器（新生代）

吞吐量收集器，這個收集器關注的是吞吐量

在 JVM 中有參數可以配置

• -XX:MaxGCPauseMillis:控制最大的垃圾收集停頓時間
• -XX:GCTimeRatio:設置吞吐量的大小，取值 0-100， 系統花費不超過 1/(1+n) 的時間用於垃圾收集

Serial Old 收集器（老年代）

老年代的收集器，采用標記-整理算法

CMS 收集器（老年代）

算法采用標記-清除算法實現，

一般這個面試問的可能比較多，因為它屬於並發的收集器，因為它並不會像前面說的那些收集器一樣，會直接導致所有用戶線程停止，直到清除結束，而是在標記過程中會有短暫的停止。

而是先進行初始標記，然後進行並發標記，修正並發標記用以進行重新標記，最後進行並發清除。

G1 收集器

G1（Garbage-First）收集器將堆內存分割成不同的區域，然後並發的對其進行垃圾回收。G1收集器的設計目標是取代CMS收集器，它同CMS相比，不會產生大量內存碎片，並可以添加預測機制，用戶可以指定期望停頓時間(可通過配置-XX:MaxGCPauseMills=n最大停頓時間)

收集演示圖：

說這些，最重要的卻是，如何選擇合適的垃圾收集器

組合選擇：

• 單CPU或小內存，單機程序 -XX:+UseSerialGC
• 多CPU，需要最大吞吐量，如後臺計算型應用 -XX:+UseParallelGC或者 -XX:+UseParallelOldGC
• 多CPU，追求低停頓時間，需快速響應如互聯網應用 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+ParNewGC

以上就是阿粉給大家帶來的關於面試中的JVM 的一些小小的知識點了，有興趣的可以繼續深入了解關於 JVM 的知識，這樣大家就能保證在面試的時候被面試官換個問法就不會的情况了。