JVM基礎系列第9講：JVM垃圾回收器

時間 2020-05-20

標籤 jvm 基礎系列垃圾回收欄目 Java 简体版

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前面文章中，咱們介紹了 Java 虛擬機的內存結構，Java 虛擬機的垃圾回收機制，那麼這篇文章咱們說說具體執行垃圾回收的垃圾回收器。html

總的來講，Java 虛擬機的垃圾回收器能夠分爲四大類別：串行回收器、並行回收器、CMS 回收器、G1 回收器。java

串行回收器

串行回收器是指使用單線程進行垃圾回收的回收器。由於每次回收時只有一個線程，所以串行回收器在併發能力較弱的計算機上，其專一性和獨佔性的特色每每能讓其有更好的性能表現。算法

串行回收器能夠在新生代和老年代使用，根據做用於不一樣的堆空間，分爲新生代串行回收器和老年代串行回收器。多線程

新生代串行回收器併發

串行收集器是全部垃圾回收器中最古老的一種，也是 JDK 中最基本的垃圾回收器之一。jvm

在新生代串行回收器中使用的是複製算法。在串行回收器進行垃圾回收時，會觸發 Stop-The-World 現象，即其餘線程都須要暫停，等待垃圾回收完成。所以在某些狀況下，其會形成較爲糟糕的用戶體驗。性能

使用 -XX:+UseSerialGC 參數能夠指定使用新生代串行收集器和老年代串行收集器。當虛擬機在 Client 模式下運行時，其默認使用該垃圾收集器。學習

老年代串行回收器spa

在老年代串行回收器中使用的是標記壓縮算法。其與新生代串行收集器同樣，只能串行、獨佔式地進行垃圾回收，所以也常常會有較長時間的 Stop-The-World 發生。線程

但老年代串行回收器的好處之一，就是其能夠與多種新生代回收器配合使用。若要啓用老年代串行回收器，能夠嘗試如下參數：

-XX:UseSerialGC：新生代、老年代都使用串行回收器。
-XX:UseParNewGC：新生代使用 ParNew 回收器，老年代使用串行回收器。
-XX:UseParallelGC：新生代使用 ParallelGC 回收器，老年代使用串行回收器。

並行回收器

並行回收器在串行回收器的基礎上作了改進，其使用多線程進行垃圾回收。對於並行能力強的機器，能夠有效縮短垃圾回收所使用的時間。

根據做用內存區域的不一樣，並行回收器也有三個不一樣的回收器：新生代 ParNew 回收器、新生代 ParallelGC 回收器、老年代 ParallelGC 回收器。

新生代 ParNew 回收器

新生代 ParNew 回收器工做在新生代，其只是簡單地將串行回收器多線程化，其回收策略、算法以及參數和新生代串行回收器同樣。

新生代 ParNew 回收器一樣使用複製的垃圾回收算法，其垃圾收集過程當中一樣會觸發 Stop-The-World 現象。但由於其使用多線程進行垃圾回收，所以在併發能力強的 CPU 上，其產生的停頓時間要短於串行回收器。

但在單 CPU 或並能能力弱的系統中，並行回收器效果會由於線程切換的緣由，其實際表現反而不如串行回收器。

要開啓新生代 ParNew 回收器，可使用如下參數：

-XX:+UseParNewGC：新生代使用 ParNew 回收器，老年代使用串行回收器。
-XX:UseConcMarkSweepGC：新生代使用 ParNew 回收器，老年代使用 CMS。
-XX:ParallelGCThreads：指定 ParNew 回收器的工做線程數量。

新生代 Parallel GC 回收器

新生代 Parallel GC 回收器與新生代 ParNew 回收器很是相似，其也是使用複製算法，都是多線程、獨佔式的收集器，也會致使 Stop-The-World。但其他 ParNew 回收器的一個重大不一樣是：其很是注重系統的吞吐量。

之因此說新生代 Parallel GC 回收器很是注重系統吞吐量，是由於其有一個自適應 GC 調節策略。咱們可使用 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 參數打開這個策略，在這個模式下，新生代的大小、Eden 和 Survivor 的比例、晉升老年代的對象年齡等參數都會被自動調節，已達到堆大小、吞吐量、停頓時間的平衡點。

Parallel GC 回收器提供了兩個重要參數用於控制系統的吞吐量。

-XX:MaxGCPauseMillis：設置最大垃圾收集停頓時間。在 ParallelGC 工做時，其會自動調整響應參數，將停頓時間控制在設置範圍內。爲了達到目的，其可能會使用較小的堆，但這會致使 GC 較爲頻繁。
-XX:GCTimeRatio：設置吞吐量大小，其實一個 0 - 100 的整數。假設 GCTimeRatio 的值爲 n，那麼系統將不花費超過 1/(1+n) 的時間用於垃圾手機。好比 GCTimeRatio 值爲 19，那麼系統用於垃圾收集的時間不超過 1 /(1+19) = 5%。默認狀況下，它的取值是 99，即不超過 1% 的時間用於垃圾收集。

新生代 Parallel GC 回收器可使用如下參數啓用：

-XX:+UseParallelGC：新生代使用 Parallel 回收器，老年代使用串行回收器。
-XX:+UseParallelOldGC：新生代使用 ParallelGC 回收器，老年代使用 ParallelOldGC 回收器。

老年代 ParallelOldGC 回收器

老年代 ParallelOldGC 回收器也是一種多線程併發的回收器，與新生代 ParallelGC 收集器同樣，其也是注重吞吐量的收集器，只不過其是做用於老年代。

ParallelOldGC 回收器使用的是標記壓縮算法，只有在 JDK 1.6 中才可使用。咱們可使用-XX:UseParallelOldGC參數在新生代中使用 ParallelGC 收集器，在老年代中使用 ParallelOldGC 收集器。參數 -XX:ParallelGCThreads也能夠用於設置垃圾回收時的線程數量。

CMS 回收器

與 ParallelGC 和 ParallelOldGC 不一樣，CMS 回收器主要關注系統停頓時間。CMS 回收器全稱爲 Concurrent Mark Sweep，意爲標記清除算法，其是一個使用多線程並行回收的垃圾回收器。

工做步驟

CMS 的主要工做步驟有：初始標記、併發標記、預清理、從新標記、併發清除和併發充值。其中初始標記和從新標記是獨佔系統資源的，而其餘階段則能夠和用戶線程一塊兒執行。

在整個 CMS 回收過程當中，默認狀況下會有預清理的操做，咱們能夠關閉開關 -XX:-CMSPrecleaningEnabled 不進行預清理。由於從新標記是獨佔 CPU 的，所以若是新生代 GC 發生以後，馬上出發一次新生代 GC，那麼停頓時間就會很長。爲了不這種狀況，預處理時會刻意等待一次新生代 GC 的發生，以後在進行預處理。

主要參數

啓動 CMS 回收器刻意使用參數：-XX:+UseConcMarkSweepGC，線程併發數量刻意經過 -XX:ConcGCThreads 或 -XX:ParallelCMSThreads 參數設定。

此外，咱們還能夠設置 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 來指定老年代空間使用閾值。當老年代空間使用率達到這個閾值時，會執行一次 CMS 回收，而不像其餘回收器同樣等到內存不夠用的時候才進行 GC。

咱們以前說過標記清除算法的缺點是會產生內存碎片，所以 CMS 回收器會產生較多內存碎片。咱們可使用 XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 參數讓 CMS 在完成垃圾回收後，進行一次內存碎片整理。使用 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 參數設置進行多少次 CMS 回收後，進行一次內存壓縮。

此外，若是但願使用 CMS 回收 Perm 區，那麼則能夠打開 -XX:+CMSClassUnloadingEnabled 開關。打開該開關後，若是條件容許，那麼系統會使用 CMS 的機制回收 Perm 區 Class 數據。

G1 回收器

G1 回收器是 JDK 1.7 中使用的全新垃圾回收器，從長期目標來看，其是爲了取代 CMS 回收器。

G1 回收器擁有獨特的垃圾回收策略，和以前全部垃圾回收器採用的垃圾回收策略不一樣。從分代看，G1 依然屬於分代垃圾回收器。但它最大的改變是使用了分區算法，從而使得 Eden 區、From 區、Survivor 區和老年代等各塊內存沒必要連續。

在 G1 回收器以前，全部的垃圾回收器其內存分配都是連續的一塊內存，以下圖所示。

而在 G1 回收器中，其將一大塊的內存分爲許多細小的區塊，從而不要求內存是連續的。

從上圖能夠看到，每一個Region被標記了 E、S、O 和 H，說明每一個 Region 在運行時都充當了一種角色。全部標記爲 E 的都是 Eden 區的內存，它們散落在內存的各個角落，並不要求內存連續。同理，Survivor 區、老年代（Old）也是如此。

從上圖咱們還能夠看到 H 是以往算法中沒有的，它表明 Humongous。這表示這些 Region 存儲的是巨型對象（humongous object，H-obj），當新建對象大小超過 Region 大小一半時，直接在新的一個或多個連續 Region 中分配，並標記爲 H。

堆內存中一個 Region 的大小能夠經過 -XX:G1HeapRegionSize 參數指定，大小區間只能是1M、2M、4M、8M、16M 和 32M，總之是2的冪次方。若是G1HeapRegionSize 爲默認值，即把設置的最小堆內存按照2048份均分，最後獲得一個合理的大小。

工做步驟

G1 收集器的收集過程主要有四個階段：

新生代 GC
併發標記週期
混合收集
若是須要，可能進行 FullGC

新生代 GC 與其餘垃圾收集器的相似，就是清空 Eden 區，將存活對象移動到 Survivor 區，部分年齡到了就移動到老年代。

併發標記週期則分爲：初始標記、根區域掃描、併發標記、從新標記、獨佔清理、併發清理階段。其中初始標記、從新標記、獨佔清理是獨佔式的，會引發停頓。而且初始標記會引起一次新生代 GC。在這個階段，全部將要被回收的區域會被 G1 記錄在一個稱之爲 Collection Set 的集合中。

混合回收階段會首先針對 Collection Set 中的內存進行回收，由於這些垃圾比例較高。G1 回收器的名字 Garbage First 就是這個意思，垃圾優先處理的意思。在混合回收的時候，也會執行屢次新生代 GC 和混合 GC，從而來進行內存的回收。

必要時進行 Full GC。當在回收階段遇到內存不足時，G1 會中止垃圾回收並進行一次 Full GC，從而騰出更多空間進行垃圾回收。

相關參數

打開 G1 收集器，咱們可使用參數：`-XX:+UseG1GC。

設置目標最大停頓時間，可使用參數：-XX:MaxGCPauseMillis。

設置 GC 工做線程數量，可使用參數：-XX:ParallelGCThreads。

設置堆使用率觸發併發標記週期的執行，可使用參數：-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent。

總結

從一開始的串行回收器，到後來的並行回收器、CMS回收器，到最後的 G1 回收器，垃圾回收器不斷改進，使得垃圾回收效率不斷提高。特別是分區思想誕生後，對於垃圾回收停頓時間的控制更加細膩，可讓應用有更完美的延時控制，從而呈現更好的用戶體驗。

參考資料

G1 垃圾收集器介紹 - ImportNew

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