JVM GC系列 — GC收集器

一.前言

前文学习了各类GC回收算法，掌握了GC回收的原理，可是真正的GC实现却尤其复杂，本篇文章将主要介绍各类GC收集器。

目前主流的HotSpot VM支持多种虚拟机，这些虚拟机也体现了GC的发展历程，从单线程GC到多线程GC，分代GC到G1 GC。

本文主要从如下几个方面介绍GC收集器：

• 各类GC的特色
• GC匹配和参数使用
• GC日志格式
• 经常使用的GC参数总结

二.各类GC的特色

HotSpot中采用分代GC，从早期的单线程串行Garbage Collector到后面的多线程并行Garbage Collecot，衍生出了不少款Collector。

其中负责收集年轻代：

1. Serial：单线程串行收集器，使用复制算法回收年轻代
2. ParNew：多线程并行收集器，使用复制算法回收年轻代
3. Parallel Scavenge：多线程并行收集器，使用复制算法回收年轻代

其中负责收集老年代：

1. Serial Old：相似Serial，单线程串行收集器，使用标记整理算法回收老年代
2. CMS：并发标记整理的收集器，使用标记清除算法回收老年代
3. Parallel Old：相似ParNew和Parallel Scavenge，使用标记整理算法回收老年代

1.Serial收集器

Serial收集器是一款很是古老的收集器，它使用单线程串行方式回收年轻代，会产生STW。

Note：
STW即Stop The World，即中止全部用户线程，只有GC线程在运行。

每次进行GC时，首先停顿全部的用户线程，而后只有一个GC线程回收年轻代中的死亡对象。在Java Client模式中，默认任然使用Serial，由于Client模式主要针对桌面应用，通常内存较小，在百M范围内，使用单线程收集Serial效率很是高，能够带来不多时间的停顿，用户体检很是好。

2.ParNew收集器

在早期，只有单线程收集器时，年轻代别无选择。后续又演变成多线程GC年轻代，便衍生出ParNew这款并行收集器，它的并行实现主要是在GC期间使用多线程回收年轻代。

这款并行收集器在GC期间，也须要STW。通常多数用于Server端的年轻代GC。

3.Parallel Scavenge收集器

顾名思义，这个款年轻代收集器也是并行收集器，和ParNew的功能差很少，一样适用复制算法。可是它更注重系统运行的吞吐量。这里说的吞吐量，指的是CPU用于运行应用程序的时间和CPU总时间的占比，吞吐量 = 代码运行时间 / (代码运行时间 + 垃圾收集时间)。可是它的来源比较奇葩，没有遵循GC框架，致使和CMS不能兼容。关于这点能够参考：

ParNew 和 PSYoungGen 和 DefNew 是一个东西么？

4.Serial Old收集器

该收集器和Serial收集器的功能同样，都是单线程串行收集器，GC期间也会STW。可是它用于收集老年代且使用了标记整理算法，这两点它和Serial收集器不同。主要也是应用在Client模式下的桌面应用中。

5.Parallel Old收集器

Parallel Old和ParNew和Parallel Scavenge相似，是一款老年代的多线程并行收集器。通常只配合Parallel Scavenge使用。

6.CMS收集器

CMS（Concurrent Mark Sweep 并发标记清理）收集器是平常应用中最常被使用的收集器。它主要是为了减小停顿的时间，下降延迟而生，多应用对实时性要求比较的应用场景，如：互联网应用。

它主要分为四个过程：

1. 初始标记：这阶段将标记不可达对象，标记阶段将暂停全部用户线程，形成STW。可是这阶段只是标记出GC Roots，停顿时间相对较短。
2. 并发标记：这阶段GC线程将会和用户线程同时运行，将从初始阶段标记出的GC Roots出发标记老年代全部对象
3. 从新标记：这阶段将暂停所用用户线程，形成STW。可是一样相对较短，主要是为了从新标记出在并发阶段发生引用变化的对象，由于并发标记阶段是和用户线程并发运行，可能会形成对象的引用关系发生变化。
4. 并发清除：这是最后一个阶段，也是和用户线程同时运行的。将并发的清理掉被标记的死亡对象。

其中初始标记和从新标记仍然会STW暂停用户线程，可是这两个过程的停顿时间相对于并发标记和并发清除而言相对较短，而并发标记和并发清除阶段GC线程则能够和用户线程并发运行。

因为CMS收集器一样使用标记清除算法，因此存在内存碎片问题，从而可能形成大对象没法分配发生提早GC。因此CMS收集器又提供了参数控制其进行内存碎片整理，默认是开启状态，这个过程是很是长的。

三.GC匹配和参数使用

从以上内容介绍，能够看出分代GC分为不少种，随着演化过程，每种都有各自的应用场景。从其收集特色上能够分为三类：

1. 单线程串行收集
2. 多线程并发串行收集
3. 多阶段并行收集

虽然这些分代收集器种类繁多，可是他们之间有相互匹配，并不是任意使用。配对的使用状况以及参数见下表：

young	old	参数
Serial	Serial old	-XX:+UseSerialGC
ParNew	Serial old	-XX:+UseParNewGC
Parallel Scavenge	Serial old	-XX:+UseParallelGC
Parallel Scavenge	Parallel Old	-XX:+UseParallelOldGC
ParNew	CMS + Serial Old	-XX:+UseConcMarkSweepGC
Serial	CMS	-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:-UseParNewGC

四.GC日志格式

GC收集器众多，每种GC收集器的GC日志格式都不同。这里笔者作了下总结，一样是针对以上的各类匹配状况作了日志格式的收集。

1.Serial + Serial old格式

0.299: [GC (Allocation Failure) 0.299: [DefNew: 1770K->428K(4928K), 0.0019955 secs] 9962K->8620K(15872K), 0.0020405 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
0.304: [GC (Allocation Failure) 0.304: [DefNew (promotion failed) : 4612K->4193K(4928K), 0.0014249 secs]0.305: [Tenured: 8588K->4499K(10944K), 0.0034912 secs] 12804K->4499K(15872K), [Metaspace: 3094K->3094K(1056768K)], 0.0049774 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]

使用Serial + Serial Old搭配式，年轻代收集将会是DefNew，老年代将会是Tenured。

1. ParNew + Serial old格式

0.243: [GC (Allocation Failure) 0.243: [ParNew: 1770K->470K(4928K), 0.0029402 secs] 9962K->8662K(15872K), 0.0029933 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
0.251: [GC (Allocation Failure) 0.251: [ParNew (promotion failed): 4566K->4096K(4928K), 0.0009985 secs]0.252: [Tenured: 8632K->4516K(10944K), 0.0025514 secs] 12758K->4516K(15872K), [Metaspace: 3093K->3093K(1056768K)], 0.0035906 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

使用Serial + Serial Old搭配式，年轻代收集将会是ParNew，老年代将会是Tenured。

3.Parallel Scavenge + Parallel Old格式

0.224: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(4608K)] 8619K->8619K(15872K), 0.0004876 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
0.225: [Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(4608K)] [ParOldGen: 8619K->8601K(11264K)] 8619K->8601K(15872K), [Metaspace: 3080K->3080K(1056768K)], 0.0046498 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]

使用Parallel Scavenge + Parallel Old搭配式，年轻代收集将会是PSYoungGen，老年代将会是ParOldGen。

4.ParNew + CMS格式

0.351: [GC (Allocation Failure) 0.351: [ParNew: 1769K->446K(4928K), 0.0008713 secs] 9961K->8638K(15872K), 0.0009216 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
0.354: [GC (CMS Initial Mark) [1 CMS-initial-mark: 8192K(10944K)] 12734K(15872K), 0.0004513 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
0.355: [CMS-concurrent-mark-start]
0.355: [CMS-concurrent-mark: 0.000/0.000 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
0.355: [GC (Allocation Failure) 0.355: [ParNew (promotion failed): 4631K->4267K(4928K), 0.0007242 secs]0.356: [CMS (concurrent mode failure): 8207K->4500K(10944K), 0.0031171 secs] 12823K->4500K(15872K), [Metaspace: 3080K->3080K(1056768K)], 0.0038915 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

使用CMS收集器的GC日志格式很是明显，有CMS的GC过程，年轻代将使用ParNew标志。

五.经常使用的GC参数总结

1.开启GC日志

• -verbose:gc：打印GC日志
• -XX:+PrintGCDateStamps：打印GC日志时间戳
• -XX:PrintGCDetails：打印GC日志详情
• -XX:+PrintGCTimeStamps：打印这次GC距离JVM开始运行的时间
• -XX:+PrintGCApplicationStopedTime：打印GC形成的应用暂停时间
• -XX:+PrintTenuringDistribution：打印对象晋升日志

2.通用参数

• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：内存溢出时，产生heap dump文件
• -Xloggc:：将GC日志输出到指定文件
• -XX:-+DisableExplicitGC：禁用System.gc()，该方法默认会触发FGC
• -XX:MaxTenuringThreshold： 新生代 to 区的对象在通过屡次 GC 后，若是尚未死亡，则认为他是一个老对象，则能够晋升到老年代，默认是15。但该参数不是惟一决定对象晋升的条件，当 to区不够或者该对象年龄已经达到了平均晋升值或者大对象等等条件
• -XX:TargetSurvivorRatio 决定对什么时候晋升的不只只有 XX:MaxTenuringThreshold 参数，若是在Survivor空间中相同年龄全部对象大小的总和大于Survivor空间的一半（默认50%）
• -XX:+UseTLAB：启用线程本地分配缓存，默认开启
• -XX:+PrintTLAB：打印TLAB的使用状况

参考

Our Collectors
ParNew 和 PSYoungGen 和 DefNew 是一个东西么？