JVM垃圾收集器

本文介绍了HotSpot虚拟机中的几种垃圾收集器,包括Serial、ParNew、ParallelScavenge等,重点分析了CMS收集器的工作原理及其优缺点,并对比了G1收集器的特点。

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HotSpot收集器
一、Serial收集器
特点:stop the world
增是jdk1.3.1之前,新生代收集器的唯一选择,单线程处理,且要求所有用户线程都暂停。
但是并不意味着其就是老而无用的,他也有着独特的优势,简单高效。他依然是在client模式下,新生代默认的收集器。因为其没有线程交互的开销,停顿时间完全可以控制在几十毫秒至一百毫秒

二、ParNew收集器
Serial的多线程版     

三、Parallel Scavenge收集器

四、Serial Old收集器(标记-整理算法)

五、ParNew Old收集器

六、CMS收集器(Concurrent Mark Sweep)
是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器
收集算法:采用的是标记-清除算法实现
收集步骤:
  1. 初始标记(GMS initial mark)
  2. 并发标记(GMS concurrent mark)
  3. 重新标记(GMS remark)
  4. 并发清除(GMS concurrent sweep)
其中初始标记和重新标记仍需要stop the world
GMS收集器无法处理浮动垃圾,可能出现”Concurrent mode failure”失败而导致一次Full GC产生。
原因是GMS清除阶段,用户线程还在运行着,所以不断会有新的垃圾产生,而这一部分垃圾是没有办法在这一次清除,只好留到下一次再清理。也是由于GMS并发清除时,用户线程还在运行着,所以要为用户线程保留足够的内存空间。默认设置下,GMS在老年代使用了68%的空间后激活,如果应用中老年代增涨不是很快,可以适当调高该值:-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction
若GMS运行期间,预留的空间满足不了应用程序的需求,就会触发一次”Concurrent mode failure”,这时候虚拟机启动备选方案,临时启用SerialOld收集器来重新进行老年代的垃圾收集。如果-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置过高,很容易导致Concurrent mode failure,反而降低性能
GMS还有一个缺点:由于GMS采用的是标记清除算法,这意味着每次回收可能产生大量的碎片,导致可能找不到足够大的内存区域分配给大对象,这时不得不提前出发一次Full GC

七、G1收集器(基于标记-整理算法实现)
G1收集器采用标记整理算法实现,也就是不会产生内存碎片
G1将java堆(包括年轻代和老年代)划分为多个大小固定的区域,并且跟踪这些区域的垃圾程度,后台维护一个优先级列表,优先回收垃圾最多的区域 
### JVM垃圾收集器的工作原理 JVM中的垃圾收集器负责自动管理和释放不再使用的内存资源。这一过程对于维护Java应用程序的性能至关重要[^1]。垃圾收集的主要目标是在不影响应用正常运行的前提下尽可能高效地回收无用对象所占有的空间。 #### 垃圾收集器类型及其特性 多种类型的垃圾收集器存在于现代版本的JVM中,每种都有各自的设计理念来适应特定应用场景下的需求: - **Serial GC**:适用于单核处理器的小规模应用环境,在年轻代采用复制算法,在老年代则使用标记-整理算法。 - **Parallel GC (也称为Throughput Collector)**:专为多CPU系统设计,旨在最大化吞吐量,即完成更多有用工作的比例相对于总执行时间而言。该收集器同样区分新生代与年老代,并分别运用不同的清理策略以达到最佳效果。 - **CMS (Concurrent Mark-Sweep) GC**:专注于降低暂停时间而非整体效率,适合于那些对响应速度敏感的服务端程序。它可以在后台逐步扫描存活对象并清除死亡对象而不必完全停止整个应用程序进程。 - **G1 (Garbage First) GC**:自JDK 7更新版引入以来成为默认选项之一,特别擅长处理具有大量活跃数据的大容量堆配置。G1将整个堆划分为多个固定大小的区域(region),并通过预测哪些地区最有可能包含可回收的空间来进行优先级排序。 - **ZGC 和 Shenandoah GC**:这两种新型低延迟垃圾收集器是从JDK 11开始加入的支持超大型堆(可达数TB级别)的同时具备亚毫秒级别的短暂停滞特性的工具[ZGC][^5]。它们都采用了先进的并发技术使得大部分垃圾回收活动能够在不停止用户线程的情况下发生。 ### 如何选择合适的垃圾收集器? 选择最适合项目需求的垃圾收集器取决于具体的应用场景以及期望达成的目标。如果追求最高的吞吐率,则可能倾向于使用`Parallel GC`; 若更看重快速反应时间和较低的停顿频率,那么像`CMS`, `G1`, 或者最新的`ZGC/Shenandoah`可能是更好的选择。值得注意的是,“最优”的方案并非永恒不变——随着业务逻辑的发展和技术进步,原先选定的最佳实践可能会变得不合适,因此定期审查当前设置总是明智之举[^2]。 ### 性能调优建议 为了使选中的垃圾收集器发挥最大效能,可以通过调整一系列参数来进行精细化控制。这包括但不限于设定初始/最大堆尺寸(-Xms/-Xmx), 新生代占比(-XX:NewRatio), 生存阈值(-XX:+UseAdaptiveSizePolicy,-XX:MaxTenuringThreshold)等。此外,启用详细的日志记录功能可以帮助诊断潜在瓶颈所在之处,从而指导后续改进措施的方向。最终目的是找到一个平衡点,在满足服务等级协议(SLA)关于响应时间和吞吐量的要求之间取得良好折衷。 ```bash java -Xms512m -Xmx4g -XX:+UseG1GC MyApplication ```
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