JVM学习笔记P5—常见垃圾回收器概述

凡尘多遗梦
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  本文已参与「新人创作礼」活动， 一起开启掘金创作之路。

前言

  上篇文章概述了JVM中的垃圾回收算法，这次来看一下垃圾收集器。垃圾收集器是垃圾回收算法的具体实现。本文中提到的垃圾回收器都是基于JDK 8及之前的JDK，在JDK 8之后又引入新的垃圾回收器，下次单独出个文章。

Serial收集器

  Serial收集器，即串行收集器，是最古老，最稳定的收集器，这种回收器只使用一个线程进行垃圾回收，因而可能会产生较长的停顿，垃圾收集的过程中会Stop The World（服务暂停）。

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  开启Serial收集器的JVM参数：-XX:+UseSerialGC

Serial Old 收集器

  其实就与Serial一样，唯一的区别是，Serial通常被用于年轻代，使用复制算法；而Serial Old通常被用于老年代，使用标记-压缩算法。

ParNew收集器

  ParNew垃圾收集器其实就是Serial收集器的多线程版本，常被用于年轻代，使用复制算法。

 

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  JVM参数：

  • -XX:+UseParNewGC，开启ParNew收集器

  • -XX:ParallelGCThreads ，控制线程数量

Parallel Scavenge 收集器

  Parallel Scavenge收集器其实类似ParNew收集器，只不过Parallel收集器更关注系统的吞吐量。什么是吞吐量，即：

吞吐量= CPU运行程序的时间/(CPU运行程序的时间+CPU进行垃圾回收的时间)

  Parallel收集器可以通过被设置参数来使得系统的吞吐量达到最优。 可以通过参数来打开自适应调节策略，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量；也可以通过参数控制GC的时间不大于多少毫秒或者比例。新生代复制算法、老年代标记-压缩

  JVM参数：

  • -XX:+UseParallelGC，开启ParallelGC收集器
  • -XX:+UseAdaptiveSizePolicy，自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例 设置此选项后,并行收集器会自动选择年轻代区大小和相应的Survivor区比例,以达到目标系统规定的最低相应时间或者收集频率等,此值建议使用并行收集器时,一直打开
  • -XX:MaxGCPauseMillis，每次年轻代垃圾回收的最长时间，如果无法满足此时间，JVM会自动调整年轻代大小,以满足此值
  • -XX:GCTimeRatio，设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比

Parallel Old 收集器

Parallel Old是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和标记－整理算法。这个收集器是在JDK 6中才开始提供

  JVM参数：

  • -XX:+UseParallelOldGC，开启Parallel Old收集器

CMS收集器

  CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。从名字上就可以看出，CMS收集器是基于标记-清除算法实现的垃圾收集器，它的运作过程相对于前面几种收集器来说要更复杂一些，整个过程分为4个步骤，包括：

  • 初始标记（CMS initial mark），仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象，速度很快
  • 并发标记（CMS concurrent mark），对初始标记中被标记的为GC Roots的对象进一步追踪标记
  • 重新标记（CMS remark），为了修正并发标记期间，因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象，这个阶段的停顿时间一般会比初始标记阶段稍长一些，但远比并发标记的时间短
  • 并发清除（CMS concurrent sweep）使用标记-清除算法进行垃圾回收

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  在并发标记和并发清除过程中，收集器线程都可以与用户线程一起工作，所以总体上来说，CMS收集器的垃圾回收过程是与用户线程一起并发地执行。因此CMS收集器的优点就是并发收集和低停顿，但因为使用标记-清除算法，因而产生大量空间碎片。

  JVM参数：

  • -XX:+UseConcMarkSweepGC，开启CMS收集器

  • -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection，使用CMS收集器进行Full GC后，进行一次碎片整理。整理过程是独占的，会引起停顿时间变长

  • -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction，设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理

  • -XX:ParallelCMSThreads，设定CMS的线程数量（一般情况约等于可用CPU数量）

G1收集器

  大名鼎鼎的G1收集器，JDK 8之后的主流垃圾回收器。HotSpot开发团队赋予它的使命是替换掉JDK 5中的CMS收集器。与CMS收集器相比G1收集器有以下特点：

  • 空间整合：G1收集器采用标记整理算法，不会产生内存空间碎片。分配大对象时不会因为无法找到连续空间而提前触发下一次GC

  • 可预测停顿：这是G1的另一大优势，降低停顿时间是G1和CMS的共同关注点，但G1除了追求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为N毫秒的时间片段内，消耗在垃圾收集上的时间不得超过N毫秒

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  上面提到的垃圾收集器都是将内存物理空间上的分为新生代和老年代两部分，而G1不再是这样。G1收集器将整个堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔阂了，它们都是一部分（可以不连续）Region的集合。

  G1的新生代收集跟ParNew类似，当新生代占用达到一定比例的时候，开始进行收集。而对于老年代，和CMS类似，G1收集器收集老年代对象还是会有短暂停顿。

  G1垃圾回收流程：

  • 标记阶段：首先初始标记(Initial-Mark),这个阶段会Stop the World，并且会触发一次普通young GC

  • Root Region Scanning：程序运行过程中回收survivor区，这一过程必须在young GC之前完成

  • Concurrent Marking：在整个堆中进行并发标记(和应用程序并发执行)，此过程可能被young GC中断。在并发标记阶段，若发现区域对象中的所有对象都是垃圾，那个这个区域会被立即回收(图中打X)。同时，并发标记过程中，会计算每个区域中存活对象的比例

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  • Remark：重新标记，会STW。再标记阶段是用来收集并发标记阶段产生新的垃圾(并发阶段和应用程序一同运行)；G1中采用了比CMS更快的初始快照算法，snapshot-at-the-beginning (SATB)

  • Copy/Clean up：使用复制算法并发清除垃圾，会STW

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  • Copy/Clean up完成后，回收区域的活性对象已经被集中回收到深蓝色和深绿色区域。

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总结

  常用的年轻代和老年代的垃圾收集器组合如下：

新生代老年代说明
SerialSerial OldSerial和Serial Old都是单线程进行GC，特点就是GC时暂停所有应用线程。
SerialCMS+Serial OldCMS（Concurrent Mark Sweep）是并发GC，实现GC线程和应用线程并发工作，不需要暂停所有应用线程。另外，当CMS进行GC失败时，会自动使用Serial Old策略进行GC。
ParNewCMS使用-XX:+UseParNewGC选项来开启。ParNew是Serial的并行版本，可以指定GC线程数，默认GC线程数为CPU的数量。可以使用-XX:ParallelGCThreads选项指定GC的线程数。如果指定了选项-XX:+UseConcMarkSweepGC选项，则新生代默认使用ParNew GC策略。
ParNewSerial Old使用-XX:+UseParNewGC选项来开启。新生代使用ParNew GC收集器，年老代默认使用Serial Old GC收集器。
Parallel ScavengeSerial OldParallel Scavenge收集器主要是关注一个可控的吞吐量，追求CPU的利用率尽可能的高，适用于后台持久运行的应用程序，而不适用于交互较多的应用程序。
Parallel ScavengeParallel OldParallel Old是Serial Old的并行版本
G1GCG1GC使用-XX:+UnlockExperimentalVMOptions和-XX:+UseG1GC 开启G1收集器；-XX:MaxGCPauseMillis =50 设置暂停时间目标；-XX:GCPauseIntervalMillis =200 设置暂停间隔目标；
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