Java12新特性 -- Shenandoah GC

Shenandoah 垃圾回收器是 Red Hat 在 2014 年宣佈進行的一項垃圾收集器研究項目 Pauseless GC 的實現，旨在針對 JVM 上的內存收回實現低停頓的需求。該設計將與應用程序線程併發，經過交換 CPU 併發週期和空間以改善停頓時間，使得垃圾回收器執行線程可以在 Java 線程運行時進行堆壓縮，而且標記和整理可以同時進行，所以避免了在大多數 JVM 垃圾收集器中所遇到的問題。

Shenandoah GC 主要目標是 99.9% 的暫停小於 10ms，暫停與堆大小無關等。

垃圾回收期的分類：

• 按線程數分，能夠分爲串行垃圾回收器和並行垃圾回收器。
  • 串行回收指的是在同一時間段內只容許一件事情發生，簡單來講，當多個CPU 可用時，也只能有一個CPU
    用於執行垃圾回收操做，井且在執行垃圾回收時，程序中的工做線程將會被暫停，當垃圾收集工做完成後
    纔會恢復以前被暫停的工做線程，這就是串行回收。
  • 和串行回收相反，並行收集能夠運用多個CPU 同時執行垃圾回收，所以提高了應用的吞吐量，不過並行回
    收仍然與串行回收同樣，採用獨佔式，使用了「 Stop-the-world 」機制和複製算法。
• 按照工做模式分，能夠分爲併發式回收器和獨佔式垃圾回收器。
  • 併發式垃圾回收器與應用程序線程交替工做，以儘量減小應用程序的停頓時間。
  • 獨佔式垃圾回收器（ Stop the world)一旦運行，就中止應用程序中的其餘全部線程，直到垃圾回收過程完
    全結束。
• 按碎片處理方式可分爲壓縮式垃圾回收器和非壓縮式垃圾回收器。
  • 壓縮式垃圾回收器會在回收完成後，對存活對象進行壓縮整理，消除回收後的碎片。
  • 非壓縮式的垃圾回收器不進行這步操做。
• 按工做的內存區間，又可分爲年輕代垃圾回收器和老年代垃圾回收器。

如何評估一款GC的性能

• 吞吐量：程序的運行時間（程序的運行時間＋內存回收的時間）。
• 垃圾收集開銷：吞吐量的補數，垃圾收集器所佔時間與總時間的比例。
• 暫停時間：執行垃圾收集時，程序的工做線程被暫停的時間。
• 收集頻率：相對於應用程序的執行，收集操做發生的頻率。
• 堆空間： Java 堆區所佔的內存大小。
• 快速： 一個對象從誕生到被回收所經歷的時間。

Shenandoah GC工做原理：

其內存結構與 G1 很是類似，都是將內存劃分爲相似棋盤的region。總體流程與 G1 也是比較類似的，最大的區別在於實現了併發的 疏散(Evacuation) 環節，引入的 BrooksForwarding Pointer 技術使得 GC 在移動對象時，對象引用仍然能夠訪問。

Init Mark 啓動併發標記階段：

1. 併發標記遍歷堆階段
2. 併發標記完成階段
3. 併發整理回收無活動區域階段
4. 併發 Evacuation 整理內存區域階段
5. Init Update Refs 更新引用初始化 階段
6. 併發更新引用階段
7. Final Update Refs 完成引用更新階段
8. 併發回收無引用區域階段

配置或調試 Shenandoah 的 JVM 參數:

1. -XX:+AlwaysPreTouch：使用全部可用的內存分頁，減小系統運行停頓，爲避免運行時性能損失。
2. -Xmx == -Xmsv：設置初始堆大小與最大值一致，能夠減輕伸縮堆大小帶來的壓力，與 AlwaysPreTouch 參數配合使用，在啓動時提交全部內存，避免在最終使用中出現系統停頓。
3. -XX:+ UseTransparentHugePages：可以大大提升大堆的性能，同時建議在 Linux 上使用時將
   /sys/kernel/mm/transparent_hugepage/enabled 和/sys/kernel/mm/transparent_hugepage/defragv 設置爲：madvise，同時與 AlwaysPreTouch 一塊兒使用時，init 和 shutdownv 速度會更快，由於它將使用更大的頁面進行預處理。
4. -XX:+UseNUMA：雖然 Shenandoah 還沒有明確支持 NUMA（Non-Uniform Memory Access），但最好啓用此功
   能以在多插槽主機上啓用 NUMA 交錯。與 AlwaysPreTouch 相結合，它提供了比默認配置更好的性能。
5. -XX:+DisableExplicitGC：忽略代碼中的 System.gc() 調用。當用戶在代碼中調用 System.gc() 時會強制
   Shenandoah 執行 STW Full GC ，應禁用它以防止執行此操做，另外還可使用 -
6. XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent，在 調用 System.gc() 時執行 CMS GC 而不是 Full GC，建議在有
   System.gc() 調用的狀況下使用。
   不過目前 Shenandoah 垃圾回收器還被標記爲實驗項目，若是要使用Shenandoah GC須要編譯時--with-jvmfeatures選項帶有shenandoahgc，而後啓動時使用參數
7. -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseShenandoahGC