6.3　HotSpot堆

HotSpot JVM 的代码相当复杂，由一个解释器、一个即时编译器和一个用户空间内存管理子系统组成。HotSpot JVM 的代码使用 C 和 C++ 编写，还有相当多针对特定平台的汇编代码。

现在，我们来总结一下什么是 HotSpot 堆，再回顾一下它的基本特性。Java 堆是一块连续的内存，在启动 JVM 时创建，但一开始只会把部分堆分配给各个内存池。在应用运行的过程中，内存池会按需扩容。扩容由垃圾回收子系统完成。

堆中的对象

应用线程在 Eden 区创建对象，不确定性垃圾回收循环会移除这些对象。这个垃圾回收循环在需要时（即内存不够用时）才会运行。堆分为两代：新生代和老年代。新生代由三个区组成：Eden 区和两个 Survivor 区；而老年代只有一个内存空间。

多次垃圾回收循环后存活下来的对象，最终会推给老年代。只回收新生代的回收操作消耗（所需计算）往往不大。HotSpot 使用的标记清除算法比目前为止我们见到的要高级，而且还会做额外的簿记，提升垃圾回收的性能。下一节介绍老年代，以及 HotSpot 如何处理生命期较长的对象。

6.3.1　回收老年代

讨论垃圾回收程序时，开发者还要知道两个重要的术语。

  • 并行回收程序

使用多个线程执行回收操作的垃圾回收程序。

  • 并发回收程序

可以和应用线程同时运行的垃圾回收程序。

到目前为止，我们见到的回收程序都是并行回收程序，而不是并发回收程序。默认情况下，老年代使用的回收程序也是并行标记清除回收程序（而不是并发回收程序），但是，HotSpot 允许植入不同的回收程序。例如，稍后在本节会见到 HotSpot 内置的 CMS 回收程序，这是并行回收程序，但基本上也是并发回收程序。

乍看起来，老年代默认使用的回收程序和新生代使用的回收程序类似，但二者有个重要的区别：老年代默认使用的回收程序不是筛选回收程序。回收老年代时，回收程序会整理老年代。这一点很重要，这样内存空间在使用的过程中不会产生碎片。

6.3.2　其他回收程序

这一节完全针对 HotSpot，但不会深入介绍，因为超出本书范畴了。不过你要知道，还有其他一些回收程序存在。如果不使用 HotSpot，你应该阅读 JVM 的文档，看看有什么其他选择。

1. 并发标记清除

HotSpot 中最常使用的替代回收程序是并发标记清除（Concurrent Mark and Sweep，CMS）回收程序。这个回收程序只能用来回收老年代，与一个回收新生代的并行回收程序配合使用。

6.3　HotSpot堆 - 图1　CMS 只适用于需要短暂停顿的应用，这些应用的停顿时间不能超过 STW 的几毫秒。这类应用极少，除了金融贸易类应用之外，很少有应用真正需要这么短的停顿时间。

CMS 是个很复杂的回收程序，往往很难有效调校。CMS 是个非常有用的工具，但部署时不能掉以轻心。CMS 有一些基本特性（如下所示）你要知道，但详细说明已经超出本书范畴。有兴趣的读者可以阅读专门的博客和邮件列表（例如，“Friends of jClarity”邮件列表经常讨论 GC 性能方面的问题）。

  • CMS 只能回收老年代；

  • 在多数 GC 循环中，CMS 都和应用线程一起运行，以便减少停顿时间；

  • 应用线程不会像之前那样停顿很久；

  • 分为六个阶段，都是为了缩减 STW 停顿时间；

  • 把一次 STW 长停顿变成两次（往往很短的）STW 停顿；

  • 簿记工作更多，CPU 时间也更长；

  • 总体来说，GC 循环的时间更长；

  • 默认情况下，并发运行时，GC 使用一半 CPU；

  • 除了需要短暂停顿的应用之外，不要使用 CMS；

  • 绝对不能在吞吐量大的应用中使用；

  • 不会整理内存，如果内存碎片很多，会回滚到默认的（并行）回收程序。

2. G1

Garbage First 回收程序（简称 G1）是一个新的垃圾回收程序，在 Java 7 时代开发（Java 6 时代完成了部分准备工作）。G1 是一种短暂停顿回收程序，目的是取代 CMS。而且 G1 允许用户设定停顿指标，指定回收垃圾时停顿多久，以及多久停顿一次。和 CMS 不同的是，G1 适用于吞吐量较高的应用场合。

G1 使用粗粒度方式管理内存，把内存分成多个区，集中精力管理几乎充满垃圾的区，因为这些区释放的内存最多。G1 是一种筛选回收程序，筛选各区时，会不断整理内存。

新开发一个通用的生产级回收程序，不是个简单的过程。因此，虽然 G1 已经开发了数年，但在 2014 年年初，多数评测仍显示 G1 没有 CMS 效率高。话虽如此，不过二者之间的差距在稳步减小，而且在某些应用场合中，G1 已经处于领先地位。在未来数月或数年中，G1 完全可能会变成最常用的短暂停顿回收程序。

最后，HotSpot 还有一个 Serial 回收程序（和 SerialOld 回收程序），以及一个“增量式 CMS”回收程序。这些回收程序都废弃了，不要再使用。