JVM学习-垃圾收集器(二)

丢爸

已于 2024-06-07 22:55:01 修改

阅读量766

点赞数 18

分类专栏： java 文章标签： jvm 学习 java

于 2024-05-24 10:47:47 首次发布

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/xuwenpeng/article/details/139167492

版权

java 专栏收录该内容

55 篇文章

订阅专栏

Serial回收器：串行回收

Serial收集器是最基本、历史最悠久的收集器JDK1.3之前新生代唯一的选择
Hotpot中Client模式下的默认新生代垃圾收集器
采用复制算法，串行回收“Stop-the-world”机制的方式执行内存回收
除了年轻代之外，Serial收集器还提供用于执行老年代垃圾收集的Serial Old收集器，Serial Old收集器同样采用了串行回收和“Stop-the-world”机制，只不过内存回收算法使用的是标记-压缩算法

Serial Old是运行在Client模式下的默认老年代垃圾回收器
Serial Old在Server模式下有两个用途①与新生代Parallel Scavenge配合使用②作为老年代CMS收集器的后备垃圾收集方案

优势：简单而高效，对于限定单个CPU的环境来说，Serial由于没有线程交互的开销，专心做垃圾收集
在用户的桌面应用场景中，可用内存一般不大，可以在较短时间内完成垃圾收集，只要不频繁发生，使用串行回收器可以接受
在Hotspot虚拟机中，使用-XX:+UseSerialGC参数可以指定年轻代和老年代都使用Serial

注：Serial收集器是一个单线程收集器，单线程不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束(Stop The World)

//运行参数：-XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseSerialGC
public class GCUseTest {
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            byte[] arr = new byte[100];
            list.add(arr);
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}
//运行结果
-XX:InitialHeapSize=534181568 -XX:MaxHeapSize=8546905088 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseSerialGC

ParNew回收器：并行回收

Serial收集器的多线程版本

Par是Parallel的缩写，New：只处理的是新生代

ParNew收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外，两款垃圾收集器之间几乎没有任何区别，ParNew收集器在年轻代中同样也是采用复制算法、"Stop-The-World"机制
ParNew是很多JVM运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器
对于新生代，回收次数频繁，使用并行方式高效
对于老年代，回收次数少，使用串行方式节省资源(并行需要线程切换，串行活动线程切换)
参数配置：

-XX:+UseParNewGC手动指定使用ParNew收集器执行内存回收任务，表示年轻代使用并行收集器，不影响老年代，JDK9已经被移除了
-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量，默认开启和CPU数量相同的线程数

Parallel Scavenge回收器：吞吐量优先

Parallel Scavenge收集器同样也采用了复制算法、并行回收和“Stop-The-World”机制
- 和ParNew收集器不同，Parallel Scavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量，它被称为吞吐量优先的垃圾收集器
- 自适应调节策略也是Parallel Scavenge与ParNew一个重要区别
高吞吐量可以高效地利用CPU时间，尽快完成程序的运算任务，主要适合运算而不需要太多交互的任务，因此，常见在服务器环境中使用，如执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序
Parallel收集器在JDK1.6时提供了用于执行老年代垃圾收集的Parallel Old收集器，用来代替老年代的SerialOld收集器
Parallel Old收集器采用标记-压缩算法，便同样也是基于并行回收和Stop-the-world
JDK8中默认垃圾收集器
参数配置

-XX:+UseParallelGC：手动指定年轻代使用Parallel并行收集器执行内存回收任务
-XX:+UseParallelOldGC：手动指定老年代都是使用并行回收器

分别适用于新生代和老年代，默认jdk8开启
上面两个参数，默认开启一个，另一个也开启**(互相激活)**

-XX:ParallelGCThreads：设置年轻代并行收集器的线程数，最好与CPU核心数相等，以避免过多的线程数影响垃圾收集性能。

默认情况下，当CPU数量小于8个，ParallelGCThreads的值等于CPU数量
当CPU数量大于8个，ParallelGCThreads的值等于3 + [5 * CPU_Count]/8

-XX:MaxGCPauseMills：设置垃圾收集器最大停顿时间，单位毫秒

为了尽可能把停顿时间控制在MaxGCPauseMills以内，收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数
对于用户来讲，停顿时间越短体验越好，但是在服务器端，我们注重高并发，整体的吞吐量，所以服务器端适合Parallel，进行控制
该参数使用需谨慎

-XX:GCTimeRatio：垃圾收集时间占总时间的比例(1/(N+1))用于衡量吞吐量的大小

取值范围(0,100),默认99，也就是垃圾回收时间不超过1%
当前一个-XX:MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性，暂停时间越长，Ratio参数容易超过设定的比例

-XX:UseAdaptiveSizePolicy：设置Parallel Scavenge收集器具有自适应调节策略

在这种模式下，年轻代的大小、Eden和Surivior的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整，已达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点
在手动调优比较困难的场合，可以直接使用这种自适应的方式，仅指定虚拟机的最大堆、目的的吞吐量（GCTimeRatio）和停顿时间（MaxGCPauseMills），让虚拟机自己完成调优工作

CMS回收器-低延迟

在JDK1.5时期，Hotpot推出了一款在强交互应用中几乎可认为有划时代意义的垃圾收集器，CMS(Concurrent-Mark-Sweep)收集器，它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程同时工作
CMS收集器的关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间，停顿时间越短就越适合与用户交互的程序，良好的响应速度对能提升用户体验

目前很大一部分的Java应用集中在互联网站或BS系统的服务器上，这类应用尤其重视服务的响应速度，希望系统停顿时间最短，以给用户带来较好体验，CMS符合这类应用

CMS采用标记-清除算法，并且也会Stop-The-World
JDK14已经删除

CMS工作原理

初始标记(Initial-Mark)阶段：这个阶段中，程序中所有的工作线程都会因为Stop-the-World机制而出现短暂的暂停，这个阶段的主要任务仅仅标记出GCRoots能直接关联的对象，一旦标记完成后就会恢复之前被暂停的所有应用线程，由于直接关联的对象比较小，所以速度很快
并发标记(Concurrent-Mark)阶段：从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程，这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程，可以与垃圾收集线程一起并发运行
重新标记(Remark)阶段：由于在并发标记阶段中，程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或交叉运行，因此为了修正并发标记期间，因用户程序继续动作而导致产生变动的那一部分对象的标记记录，这个阶段的停顿时间会比初始标记阶段稍长一些，但也远比并发标记阶段的时间短
并发清除(Concurrent-Sweep)阶段：此阶段清理掉标记阶段判断的已经死亡的对象，释放内存空间，由于不需要移动存活对象，所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的

在这里插入图片描述

尽管CMS收集器采用并发回收(非独占式)，但在其初始化标记和再次标记这两个阶段中仍然需要执行“Stop-The-World”机制暂停程序中的工作线程，不过暂停时间并不会太长，因此可以说明目前所有的垃圾收集器都做不到完全不需要“Stop-The-World”，只是尽可能地缩短暂停时间
由于耗费时间的并发标记与并发清除阶段都不需要暂停工作，所以整体的回收是低停顿的
由于垃圾收集阶段用户线程没有中断，所以在CMS回收过程中，还应该确保应用程序用户线程有足够的内存可用，因此CMS收集器不能像其他收集器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行回收，而是当堆内存使用率达到某一阈值时，便开始进行回收，以确保应用程序在CMS工作过程中依然有足够的空间支持应用程序运行。要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序需要，就会出现一次“Concurrent Mode Failure”失败，这时虚拟机将启动后备预案：临时启用Serial Old收集器来重新进行老年代的垃圾收集，这样停顿时间就很长了。
CMS收集采用标记-清除算法，这意味着每次执行完内存回收后，由于被执行内存回收的无用对象所占用的内存空间极有可能是不连接的一块内存块，不可避免将会产生一些内存碎片。那么CMS在为新对象分配内存时，将无法使用指针碰撞技术，而只能选择空闲列表执行内存分配

CMS优点和缺点

优点

并发收集
低延迟

缺点
①会产生内存碎片，导致并发清除后，用户线程可用的空间不足，在无法分配大对象的情况下，不得不提前触发Full GC
②CMS收集器对CPU资源非常敏感，在并发阶段，它虽然不会导致用户停顿，但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢，总吞吐量会降低
③CMS收集器无法处理浮动垃圾，可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次FullGC的产生，在并发标记阶段由于程序的工作线程和垃圾收集线程是同时运行或者交叉运行的，那么在并发标记阶段如果产生新的垃圾对象，CMS将无法对这些垃圾对象进行标记，最终会导致这些新产生的垃圾对象没有被及时回收，从而只能在下一次执行GC时释放这些之前未被回收的内存空间

CMS参数设置

-XX:+UseConcMarkSweepGC手动指定使用CMS收集器执行内存回收任务
- 开启该参数后，会自动将-XX:+UseParNewGC打开，即：ParNew(新生代)+CMS(Old专用)+Serial Old组合
-XX:CMSlnitiatingOccupanyFraction设置堆内存使用率的阈值，一旦达到该阈值，便开始进行回收
- JDK5及以前版本的默认值是68，即当老年代空间使用率达到68%时，即执行一次CMS回收，JDK6默认92%
- 如果内存增长缓慢，则可以设置一个较大的值，大的阈值可以有效降低CMS的触发频率，减少老年代回收的次数可以较为明显的改善应用程序性能，反之，如果应用程序内存使用率增长很快，则应该降低这个阈值，以避免频繁触发老年代串行收集器，通过该选项可以有效降低Full GC的执行次数
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection用于指定在执行完FullGC后对内存空间进行压缩整理，以此避免内存碎片的产生，不过由于内存压缩整理过程无法并发执行，所带来的问题就是停顿时间变得更长了
-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction设置在执行多少次FullGC后对内存空间进行压缩整理
-XX:+ParallelCMSThreads设置CMS的线程数量
- CMS默认启动的线程数是(CPU Count + 3)/4,ParallelGCThreads是年轻代并行收集器的线程数，当CPU资源紧张时，受到CMS收集器线程影响，应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会变得很非常糟糕
-XX:+ConcGCThreads：设置并发垃圾收集的线程数，默认该值基于ParallelGCThreads计算出来
-XX:+CMSlnitiatingOccupancyOnly：是否动态可调，用这个参数可以使CMS一直按CMSlnitiatingOccupanyFraction设定的值启动
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark：强制hotspot虚拟机在CMS mark阶段之前做一次minor GC,用于提高remark阶段的速度
-XX:+CMSClassUnloadingEnable：如果有的话，启用回收Perm区(jdk8以前)
-XX:+CMSParallelInitialEnabled：用于开启CMS initial-mark阶段采用多线程的方式进行标记，用于提高标记速度，在Java8开始默认开启
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled：用户开启CMS remark阶段采用多线程的方式进行重新标记，默认开启
-XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent、-XX:+ExplictGCInvokesConcurrentAndUnloadsClasses这两个参数用户指定hotspot虚拟机在执行System.gc()时使用CMS周期
-XX:+CMSPrecleaningEnabled：指定CMS是否需要进行Pre cleaning这个阶段
如果想使要最小化地使用内存和并行开销，请选择Serial GC
如果想最大化应用程序的吞吐量，选ParallelGC
如果想最小化GC中断和停顿时间，选择CMS GC

CMS随JDK版本变化

JDK9新特性：CMS被标记为Deprecate

如果JDK9以上版本的Hotspot虚拟机使用参数-XX:+UseConcMarkSweepGC来开启CMS收集器的话，用户会收到一个警告信息，提示CMS未来将会被废弃
JDK14新特性：删除CMS垃圾回收器
移除了CMS垃圾收集器，如果在JDK14中使用-XX:+UseConcMarkSeepGC的话，JVM不会报错，只是给出一个warning信息，但是不会exit,JVM会自动回退以默认GC方式启动