Java虚拟机详解05----垃圾收集器及GC参数

本文主要内容：

• 堆的回顾
• 串行收集器
• 并行收集器
• CMS收集器

 

零、堆的回顾：

新生代中的98%对象都是“朝生夕死”的，因此并不须要按照1:1的比例来划份内存空间，而是将内存分为一块比较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是说，每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空间会被浪费。

固然，98%的对象可回收只是通常场景下的数据，咱们没有办法保证每次回收都只有很少于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，须要依赖于老年代进行分配担保，因此大对象直接进入老年代。

堆的结构以下图所示：

垃圾收集器：

若是说收集算法时内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。

虽然咱们在对各类收集器进行比较，但并不是为了挑出一个最好的收集器。由于直到如今位置尚未最好的收集器出现，更加没有万能的收集器，因此咱们选择的只是对具体应用最合适的收集器。

 

1、串行收集器：Serial收集器

• 最古老，最稳定
• 简单而高效
• 可能会产生较长的停顿
• -XX:+UseSerialGC

　　　　新生代、老年代都会使用串行回收

　　　　　　新生代复制算法

　　　　老年代标记-整理

总结：Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来讲是一个很好的选择。

这个收集器是一个单线程的收集器，但它的单线程的意义并不只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做，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其余全部的工做线程，直到它收集结束。收集器的运行过程以下图所示：

 

2、并行收集器：

一、ParNew收集器：

• ParNew收集器其实就是Serial收集器新生代的并行版本。
• 多线程，须要多核支持。
• -XX:+UseParNewGC

　　　　新生代并行

　　　　老年代串行

• -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量

二、Parallel Scanvenge收集器：

• 相似ParNew，但更加关注吞吐量
• -XX:+UseParallelGC  使用Parallel Scanvenge收集器：新生代并行，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：新生代并行，老年代并行

以下图所示：

各类参数设置：

• -XX:MaxGCPauseMills

　　　　最大停顿时间，单位毫秒

　　　　GC尽力保证回收时间不超过设定值

• -XX:GCTimeRatio

　　　　0-100的取值范围

　　　　垃圾收集时间占总时间的比

　　　　默认99，即最大容许1%时间作GC

注：这两个参数是矛盾的。由于停顿时间和吞吐量不可能同时调优。咱们一方买但愿停顿时间少，另一方面但愿吞吐量高，其实这是矛盾的。由于：在GC的时候，垃圾回收的工做总量是不变的，若是将停顿时间减小，那频率就会提升；既然频率提升了，说明就会频繁的进行GC，那吞吐量就会减小，性能就会下降。

吞吐量：CPU用于用户代码的时间/CPU总消耗时间的比值，即=运行用户代码的时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)。好比，虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。

注2：以上全部的收集器当中，当执行GC时，都会stop the world，可是下面的CMS收集器却不会这样。

 

3、CMS收集器：

CMS收集器（Concurrent Mark Sweep：并发标记清除）是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。适合应用在互联网站或者B/S系统的服务器上，这类应用尤为重视服务器的响应速度，但愿系统停顿时间最短。

• Concurrent Mark Sweep 并发标记清除，并发低停顿
• 标记-清除算法
• 并发阶段会下降吞吐量（由于停顿时间减小了，因而GC的频率会变高）
• 老年代收集器（新生代使用ParNew）
• -XX:+UseConcMarkSweepGC   打开这收集器

注：这里的并发指的是与用户线程一块儿执行。

 

二、CMS收集器运行过程：（着重实现了标记的过程）

（1）初始标记

根能够直接关联到的对象

速度快

（2）并发标记（和用户线程一块儿）

主要标记过程，标记所有对象

（3）从新标记

因为并发标记时，用户线程依然运行，所以在正式清理前，再作修正

（4）并发清除（和用户线程一块儿）

基于标记结果，直接清理对象

整个过程以下图所示：

其中，初始标记和从新标记时，须要stop the world。

整个过程当中耗时最长的是并发标记和并发清除，这两个过程均可以和用户线程一块儿工做。

打印GC日志举例以下：

三、CMS收集器特色：

（1）尽量下降停顿

（2）会影响系统总体吞吐量和性能

好比，在用户线程运行过程当中，分一半CPU去作GC，系统性能在GC阶段，反应速度就降低一半

（3）清理不完全

由于在清理阶段，用户线程还在运行，会产生新的垃圾，没法清理

（4）由于和用户线程一块儿运行，不能在空间快满时再清理

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置触发GC的阈值

若是不幸内存预留空间不够，就会引发concurrent mode failure

咱们来看一下concurrent mode failure的日志：

碰到上图中的状况，咱们须要使用串行收集器做为后备。

 

四、既然标记清除算法会形成内存空间的碎片化，CMS收集器为何使用标记清除算法而不是使用标记整理算法：

答案：

    CMS收集器更加关注停顿，它在作GC的时候是和用户线程一块儿工做的（并发执行），若是使用标记整理算法的话，那么在清理的时候就会去移动可用对象的内存空间，那么应用程序的线程就颇有可能找不到应用对象在哪里。

为了解决碎片的问题，CMS收集器会有一些整理上的参数，接下来就来说这个。

 

五、整理时的各类参数：

• -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection     

Full GC后，进行一次整理。整理过程是独占的，会引发停顿时间变长

• -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction

设置进行几回Full GC后，进行一次碎片整理

• -XX:ParallelCMSThreads

设定CMS的线程数量

 

4、GC参数的整理：

-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器

-XX:SurvivorRatio：设置eden区大小和survivior区大小的比例

-XX:NewRatio:新生代和老年代的比

-XX:+UseParNewGC：在新生代使用并行收集器

-XX:+UseParallelGC ：新生代使用并行回收收集器

-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用并行回收收集器

-XX:ParallelGCThreads：设置用于垃圾回收的线程数

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

-XX:ParallelCMSThreads：设定CMS的线程数量

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：设置CMS收集器在老年代空间被使用多少后触发

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：设置CMS收集器在完成垃圾收集后是否要进行一次内存碎片的整理

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：设定进行多少次CMS垃圾回收后，进行一次内存压缩

-XX:+CMSClassUnloadingEnabled：容许对类元数据进行回收

-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction：当永久区占用率达到这一百分比时，启动CMS回收

-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly：表示只在到达阀值的时候，才进行CMS回收

 

最后的总结：

为了减轻GC压力，咱们须要注意些什么？

• 软件如何设计架构（性能的根本在应用）
• GC参数属于微调（设置不合理会影响性能，产生大的延时）
• 堆空间如何管理和分配
• 代码如何写