素小暖講JVM：HotSpot VM GC 的種類

本系列是用來記錄《深刻理解Java虛擬機》這本書的讀書筆記。方便本身查看，也方便你們查閱。

欲速則不達，欲達則欲速！

1、collector種類

GC在 HotSpot VM 5.0裏有四種：

incremental (sometimes called train) low pause collector已被廢棄,不在介紹

類別	serial collector	parallel collector ( throughput collector )	concurrent collector (concurrent low pause collector)
介紹	單線程收集器 使用單線程去完成全部的GC工做，沒有線程間的通訊，這種方式會相對高效	並行收集器 使用多線程的方式，利用CUP來提升GC的效率，主要以到達必定的吞吐量爲目標	併發收集器 使用多線程的方式，利用多CPU來提升GC的效率，併發完成大部分工做，使得GC pause短
試用場景	單處理器機器且沒有pause time的要求	適用於科學技術和後臺處理有中大規模數據集的應用 且運行在多處理器上，關注吞吐量（throughput）	適合中規模/大規模數據集大小的應用，應用服務器，電信領域。關注response time，而不是throughput
使用	Client模式下默認 可以使用 可用-XX:+UseSerialGC強制使用 優勢:對server應用沒什麼優勢 缺點:慢,不能充分發揮硬件資源	Server模式下默認 --YGC:PS FGC:Parallel MSC 可用-XX:+UseParallelGC 或-XX:+UseParallelOldGC強制指定 --ParallelGC表明FGC爲Parallel MSC --ParallelOldGC表明FGC爲Parallel Compacting 優勢:高效 缺點:當heap變大後,形成的暫停時間會變得比較長	可用-XX:+UseConcMarkSweepGC強制指定 優勢： 對old進行回收時,對應用形成的暫停時間很是短,適合對延遲要求比較高的應用 缺點： 1.內存碎片和浮動垃圾 2.old去的內存分配效率低 3.回收的整個耗時比較長 4.和應用爭搶CPU
內存回收觸發	YGC eden空間不足 FGC old空間不足 perm空間不足 顯示調用System.gc() ， 包括RMI等的定時觸發	YGC eden空間不足 FGC old空間不足 perm空間不足 顯示調用System.gc() ,包括RMI等的定時觸發	YGC eden空間不足 CMS GC 1.old Gen的使用率大的必定的比率 默認爲92% 2.配置了CMSClassUnloadingEnabled,且Perm Gen的使用達到必定的比率 默認爲92% 3.Hotspot本身根據估計決定是否要觸法 4.在配置了ExplictGCInvokesConcurrent的狀況下顯示 調用了System.gc. Full GC(Serial MSC) promotion failed 或 concurrent Mode Failure時;
內存回收觸發 時發生了什麼	YGC 清空eden+from中全部no ref的對象佔用的內存 將eden+from中的全部存活的對象copy到to中 在這個過程當中一些對象將晉升到old中: --to放不下的 --存活次數超過tenuring threshold的 從新計算Tenuring Threshold; 單線程作以上動做 全程暫停應用 FGC 若是配置了CollectGen0First,則先觸發YGC 清空heap中no ref的對象,permgen中已經被卸載的classloader 中加載的class的信息 單線程作以上動做 全程暫停應用	YGC 同serial動做基本相同,不一樣點: 1.多線程處理 2.YGC的最後不只從新計算Tenuring Threshold,還會從新調整Eden和From的大小 FGC 1.如配置了ScavengeBeforeFullGC(默認),則先觸發YGC(??) 2.MSC:清空heap中的no ref對象,permgen中已經被卸載的classloader中加載的 class信息,並進行壓縮 3.Compacting:清空heap中部分no ref的對象,permgen中已經被卸載的classloader中加載的 class信息,並進行部分壓縮 多線程作以上動做.	YGC 同serial動做基本相同,不一樣點: 1.多線程處理 CMSGC: 1.old gen到達比率時只清除old gen中no ref的對象所佔用的空間 2.perm gen到達比率時只清除已被清除的classloader 加載的class信息 FGC 同serial
細節參數	可用-XX:+UseSerialGC強制使用 -XX:SurvivorRatio=x,控制eden/s0/s1的大小 -XX:MaxTenuringThreshold,用於控制對象在新生代存活的最大次數 -XX:PretenureSizeThreshold=x,控制超過多大的字節的對象就在old分配.	-XX:SurvivorRatio=x,控制eden/s0/s1的大小 -XX:MaxTenuringThreshold,用於控制對象在新生代存活的最大次數 -XX:UseAdaptiveSizePolicy 去掉YGC後動態調整eden from已經tenuringthreshold的動做 -XX:ParallelGCThreads 設置並行的線程數	XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 設置old gen使用到達多少比率時觸發 -XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction,設置Perm Gen使用到達多少比率時觸發 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly禁止hostspot自行觸發CMS GC

注：

• throughput collector與concurrent low pause collector的區別是throughput collector只在young area使用使用多線程，而concurrent low pause collector則在tenured generation也使用多線程。
• 根據官方文檔，他們倆個須要在多CPU的狀況下，才能發揮做用。在一個CPU的狀況下，會不如默認的serial collector，由於線程管理須要耗費CPU資源。而在兩個CPU的狀況下，也提升不大。只是在更多CPU的狀況下，纔會有所提升。固然 concurrent low pause collector有一種模式能夠在CPU較少的機器上，提供儘量少的停頓的模式，見CMS GC Incremental mode。
• 當要使用throughput collector時，在java opt里加上-XX:+UseParallelGC，啓動throughput collector收集。也可加上-XX:ParallelGCThreads=<desired number>來改變線程數。還有兩個參數 -XX:MaxGCPauseMillis=<nnn>和 -XX:GCTimeRatio=<nnn>，MaxGCPauseMillis=<nnn>用來控制最大暫停時間，而-XX: GCTimeRatio能夠提升GC說佔CPU的比，以最大話的減少heap。

2、CMS GC Incremental mode

 當要使用 concurrent low pause collector時，在java的opt里加上 -XX:+UseConcMarkSweepGC。concurrent low pause collector還有一種爲CPU少的機器準備的模式，叫Incremental mode。這種模式使用一個CPU來在程序運行的過程當中GC，只用不多的時間暫停程序，檢查對象存活。

在Incremental mode裏，每一個收集過程當中，會暫停兩次，第二次略長。第一次用來，簡單從root查詢存活對象。第二次用來，詳細檢查存活對象。整個過程以下：

* stop all application threads; do the initial mark; resume all application threads（第一次暫停，初始話標記）
* do the concurrent mark (uses one procesor for the concurrent work)（運行是標記）
* do the concurrent pre-clean (uses one processor for the concurrent work)（準備清理）
* stop all application threads; do the remark; resume all application threads（第二次暫停，標記，檢查）
* do the concurrent sweep (uses one processor for the concurrent work)(運行過程當中清理)
* do the concurrent reset (uses one processor for the concurrent work)(復原)

當要使用Incremental mode時，須要使用如下幾個變量：

-XX:+CMSIncrementalMode default: disabled 啓動i-CMS模式（must with -XX:+UseConcMarkSweepGC）
-XX:+CMSIncrementalPacing default: disabled 提供自動校訂功能
-XX:CMSIncrementalDutyCycle=<N> default: 50 啓動CMS的上線
-XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=<N> default: 10 啓動CMS的下線
-XX:CMSIncrementalSafetyFactor=<N> default: 10 用來計算循環次數
-XX:CMSIncrementalOffset=<N> default: 0 最小循環次數（This is the percentage (0-100) by which the incremental mode duty cycle is shifted to the right within the period between minor collections.）
-XX:CMSExpAvgFactor=<N> default: 25 提供一個指導收集數

SUN推薦的使用參數是：

-XX:+UseConcMarkSweepGC \
-XX:+CMSIncrementalMode \
-XX:+CMSIncrementalPacing \
-XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=0 \
-XX:CMSIncrementalDutyCycle=10 \
-XX:+PrintGC Details \
-XX:+PrintGCTimeStamps \
-XX:-TraceClassUnloading
注：若是使用throughput collector和concurrent low pause collector，這兩種垃圾收集器，須要適當的挺高內存大小，覺得多線程作準備。

3、如何選擇collector

app運行在單處理器機器上且沒有pause time的要求，讓vm選擇單線程收集器serial collector。

重點考慮peak application performance(高性能)，沒有pause time太嚴格要求，選擇並行收集器parallel collector。

重點考慮response time,pause time要小，選擇併發收集器concurrent collector。

 

鳴謝：特別感謝做者周志明提供的技術支持！