垃圾收集器

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本文主要內容：

• 堆的回顧
• 串行收集器
• 並行收集器
• CMS收集器

 

零、堆的回顧：

新生代中的98%對象都是「朝生夕死」的，因此並不須要按照1:1的比例來劃份內存空間，而是將內存分爲一塊比較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden和其中一塊Survivor。當回收時，將Eden和Survivor中還存活着的對象一次性地複製到另一塊Survivor空間上，最後清理掉Eden和剛纔用過的Survivor空間。HotSpot虛擬機默認Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是說，每次新生代中可用內存空間爲整個新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空間會被浪費。

固然，98%的對象可回收只是通常場景下的數據，咱們沒有辦法保證每次回收都只有很少於10%的對象存活，當Survivor空間不夠用時，須要依賴於老年代進行分配擔保，因此大對象直接進入老年代。

堆的結構以下圖所示：

垃圾收集器：

若是說收集算法時內存回收的方法論，那麼垃圾收集器就是內存回收的具體實現。

雖然咱們在對各類收集器進行比較，但並不是爲了挑出一個最好的收集器。由於直到如今位置尚未最好的收集器出現，更加沒有萬能的收集器，因此咱們選擇的只是對具體應用最合適的收集器。

 

1、串行收集器：Serial收集器

• 最古老，最穩定
• 簡單而高效
• 可能會產生較長的停頓
• -XX:+UseSerialGC

　　　　新生代、老年代都會使用串行回收

　　　　　　新生代複製算法

　　　　老年代標記-整理

總結：Serial收集器對於運行在Client模式下的虛擬機來講是一個很好的選擇。

這個收集器是一個單線程的收集器，但它的單線程的意義並不只僅說明它只會使用一個CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工做，更重要的是在它進行垃圾收集時，必須暫停其餘全部的工做線程，直到它收集結束。收集器的運行過程以下圖所示：

 

2、並行收集器：

一、ParNew收集器：

• ParNew收集器其實就是Serial收集器新生代的並行版本。
• 多線程，須要多核支持。
• -XX:+UseParNewGC

　　　　新生代並行

　　　　老年代串行

• -XX:ParallelGCThreads 限制線程數量

二、Parallel Scanvenge收集器：

• 相似ParNew，但更加關注吞吐量
• -XX:+UseParallelGC  使用Parallel Scanvenge收集器：新生代並行，老年代串行

三、Parallel Old收集器：

• Parallel Old收集器是Parallel Scanvenge收集器的老年代版本
• -XX:+UseParallelGC  使用Parallel Old收集器：新生代並行，老年代並行

以下圖所示：

各類參數設置：

• -XX:MaxGCPauseMills

　　　　最大停頓時間，單位毫秒

　　　　GC盡力保證回收時間不超過設定值

• -XX:GCTimeRatio

　　　　0-100的取值範圍

　　　　垃圾收集時間佔總時間的比

　　　　默認99，即最大容許1%時間作GC

注：這兩個參數是矛盾的。由於停頓時間和吞吐量不可能同時調優。咱們一方買但願停頓時間少，另一方面但願吞吐量高，其實這是矛盾的。由於：在GC的時候，垃圾回收的工做總量是不變的，若是將停頓時間減小，那頻率就會提升；既然頻率提升了，說明就會頻繁的進行GC，那吞吐量就會減小，性能就會下降。

吞吐量：CPU用於用戶代碼的時間/CPU總消耗時間的比值，即=運行用戶代碼的時間/(運行用戶代碼時間+垃圾收集時間)。好比，虛擬機總共運行了100分鐘，其中垃圾收集花掉1分鐘，那吞吐量就是99%。

注2：以上全部的收集器當中，當執行GC時，都會stop the world，可是下面的CMS收集器卻不會這樣。

 

3、CMS收集器：

CMS收集器（Concurrent Mark Sweep：併發標記清除）是一種以獲取最短回收停頓時間爲目標的收集器。適合應用在互聯網站或者B/S系統的服務器上，這類應用尤爲重視服務器的響應速度，但願系統停頓時間最短。

• Concurrent Mark Sweep 併發標記清除，併發低停頓
• 標記-清除算法
• 併發階段會下降吞吐量（由於停頓時間減小了，因而GC的頻率會變高）
• 老年代收集器（新生代使用ParNew）
• -XX:+UseConcMarkSweepGC   打開這收集器

注：這裏的併發指的是與用戶線程一塊兒執行。

 

二、CMS收集器運行過程：（着重實現了標記的過程）

（1）初始標記

根能夠直接關聯到的對象

速度快

（2）併發標記（和用戶線程一塊兒）

主要標記過程，標記所有對象

（3）從新標記

因爲併發標記時，用戶線程依然運行，所以在正式清理前，再作修正

（4）併發清除（和用戶線程一塊兒）

基於標記結果，直接清理對象

整個過程以下圖所示：

其中，初始標記和從新標記時，須要stop the world。

整個過程當中耗時最長的是併發標記和併發清除，這兩個過程均可以和用戶線程一塊兒工做。

打印GC日誌舉例以下：

三、CMS收集器特色：

（1）儘量下降停頓

（2）會影響系統總體吞吐量和性能

好比，在用戶線程運行過程當中，分一半CPU去作GC，系統性能在GC階段，反應速度就降低一半

（3）清理不完全

由於在清理階段，用戶線程還在運行，會產生新的垃圾，沒法清理

（4）由於和用戶線程一塊兒運行，不能在空間快滿時再清理

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction設置觸發GC的閾值

若是不幸內存預留空間不夠，就會引發concurrent mode failure

咱們來看一下concurrent mode failure的日誌：

碰到上圖中的狀況，咱們須要使用串行收集器做爲後備。

 

四、既然標記清除算法會形成內存空間的碎片化，CMS收集器爲何使用標記清除算法而不是使用標記整理算法：

答案：

    CMS收集器更加關注停頓，它在作GC的時候是和用戶線程一塊兒工做的（併發執行），若是使用標記整理算法的話，那麼在清理的時候就會去移動可用對象的內存空間，那麼應用程序的線程就頗有可能找不到應用對象在哪裏。

爲了解決碎片的問題，CMS收集器會有一些整理上的參數，接下來就來說這個。

 

五、整理時的各類參數：

• -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection     

Full GC後，進行一次整理。整理過程是獨佔的，會引發停頓時間變長

• -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction

設置進行幾回Full GC後，進行一次碎片整理

• -XX:ParallelCMSThreads

設定CMS的線程數量

 

4、GC參數的整理：

-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器

-XX:SurvivorRatio：設置eden區大小和survivior區大小的比例

-XX:NewRatio:新生代和老年代的比

-XX:+UseParNewGC：在新生代使用並行收集器

-XX:+UseParallelGC ：新生代使用並行回收收集器

-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用並行回收收集器

-XX:ParallelGCThreads：設置用於垃圾回收的線程數

-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用並行收集器，老年代使用CMS+串行收集器

-XX:ParallelCMSThreads：設定CMS的線程數量

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：設置CMS收集器在老年代空間被使用多少後觸發

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：設置CMS收集器在完成垃圾收集後是否要進行一次內存碎片的整理

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：設定進行多少次CMS垃圾回收後，進行一次內存壓縮

-XX:+CMSClassUnloadingEnabled：容許對類元數據進行回收

-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction：當永久區佔用率達到這一百分比時，啓動CMS回收

-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly：表示只在到達閥值的時候，才進行CMS回收

 

最後的總結：

爲了減輕GC壓力，咱們須要注意些什麼？

• 軟件如何設計架構（性能的根本在應用）
• GC參數屬於微調（設置不合理會影響性能，產生大的延時）
• 堆空間如何管理和分配
• 代碼如何寫

 

參考連接：

http://www.cnblogs.com/zuoxiaolong/p/jvm8.html