jvm 垃圾收集器

本文深入探讨了Java中各种垃圾回收器的工作原理和特性,包括Serial、ParNew、ParallelScavenge、ParallelOld、CMS及G1等。详细分析了它们在不同场景下的表现,如单线程、多线程环境下的性能,以及对用户线程的影响。

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serial:单线程进行垃圾回收,在垃圾回收的时候会把用户线程暂停。主要用于客户端。

serial old:这是serial的老年代版本。

parNew:多线程进行垃圾回收,在垃圾回收的时候会把用户线程暂停。如果在单线程环境中,不如serial。这是并行。

与CMS一起用的要么serial,要么就只有parNew,现在cpu都往多核心多线程发展,所以与cms一起用的就是parNew。

parallel scavenge:多线程进行垃圾回收,与parNew类似,不过这个垃圾收集器注重的是吞吐量(用户线程工作时间与总工作时间的比值),也就是说,在一段时间内,垃圾收集器工作时间与总工作时间的比值越低,用户工作线程工作时间就越高,吞吐量就越高。

     注意,使用这个垃圾收集器不需要手工设置年轻代(Xmn)的大小,也不用设置eden与survivor的比例,一切都是由这个垃圾收集器自动设置。。。在这个垃圾收集器中可以设置垃圾收集器运行的最大间隔时间,不过垃圾收集器只是尽可能的遵守这个时间,不是一定遵守,当间隔时间设置的越短,这个垃圾收集器会把年轻代的容量设置的越小,因为300M的年轻代回收时间是低于500M的年轻代的。所以,也不要把间隔时间设置的太小,否则会导致年轻代容量过小,然后垃圾收集器频繁进行垃圾收集。

parallel old:这是parallel scavenge的老年代版本。

CMS:concurrent mark sweep,这个垃圾收集器是并发的,也就是说,垃圾收集可以和用户线程并发运行。用于老年代。

运行原理:

(1)初始标记:先标记与GC roots直接关联的对象,会停顿用户线程,但由于标记的对象不多,停顿时间可以忽略。

(2)并发标记:这个阶段用户线程与标记是一起工作的,不会停顿用户线程。

(3)重新标记:在并发标记阶段,用户线程也是在工作的,所以会导致对象关系出现变化,在重新标记阶段是对对象关系出现变化的进行重新标记。

(4)并发清理:与用户线程并发的执行,清理前面标记的那些对象。

优点:用户线程的执行停顿时间低。

缺点:

(1)根据名字就可以知道,这个垃圾收集器是使用标记清除算法,标记清除算法的缺点就是会出现大量碎片内存。当创建大对象时会导致内存不够从而提前出发GC。 

(2)由于CMS是并发的,在并发清理阶段用户线程还在运行,这样还会导致新的垃圾生成,这个阶段已经过了标记阶段,所以只能留着下次在进行垃圾回收,所以,使用CMS必须预留一部分内存用于存储这个阶段产生的对象(可以自行设置比例)。。当这个时候产生的对象超出了预留的内存,就会发生concurrent Mode Failure错误,此时会让备用的serial old垃圾收集器 进行老年代的垃圾回收,使用serial收集器这会导致停顿时间的延长。

(3)当cpu核心比较少时,CMS效率会低,但是,现在的cpu核心都是很多的,所以这个缺点可以不考虑。

 

 

G1:具体原理请参考https://www.jianshu.com/p/870abddaba41https://www.jianshu.com/p/548c67aa1bc0

优点:

(1)并发的,垃圾收集与用户工作线程几乎是并发工作的,使得工作线程停顿时间大大减少。

(2)分代,分年轻代与年老代,虽然整个堆不论年轻代还是老年代都是由G1收集器进行垃圾回收,但是,对不同年龄代的回收方式还是不一样的。

(3)内存不会出现碎片问题,整体上是标记-整理算法,局部上(两个region之间)是使用复制算法,不论怎样,都不会出现内存碎片。

(4)停顿时间可以明确指定在一个时间段内。垃圾收集器收集垃圾的时间不超过指定时间。   

 

 

### 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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