JAVA學(xué)習(xí)筆記--垃圾收集器
一、概述
| 參數(shù) | 描述 | 新生代GC方式 | 老年代和持久代GC方式 |
|---|---|---|---|
| -XX:+UseSerialGC | Jvm運(yùn)行在Client模式下的默認(rèn)值，打開(kāi)此開(kāi)關(guān)后，使用Serial + Serial Old的收集器組合進(jìn)行內(nèi)存回收 | Serial 串行GC | Serial Old 串行GC |
| -XX:+UseParNewGC | 打開(kāi)此開(kāi)關(guān)后，使用ParNew + Serial Old的收集器進(jìn)行垃圾回收 | ParNew 并行GC | Serial Old 串行GC |
| -XX:+UseConcMarkSweepGC | 使用ParNew + CMS + Serial Old的收集器組合進(jìn)行內(nèi)存回收，Serial Old作為CMS出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”失敗后的后備收集器使用。 | ParNew 并行GC | CMS 并發(fā)GC 當(dāng)出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”時(shí)采用Serial Old 串行GC |
| -XX:+UseParallelGC | Jvm運(yùn)行在Server模式下的默認(rèn)值，打開(kāi)此開(kāi)關(guān)后，使用Parallel Scavenge + Serial Old的收集器組合進(jìn)行回收 | Parallel Scavenge 并行回收GC | Serial Old 串行GC |
| -XX:+UseParallelOldGC | 使用Parallel Scavenge + Parallel Old的收集器組合進(jìn)行回收 | Parallel Scavenge 并行回收GC | Parallel Old 并行GC |
二、對(duì)象存活判斷
- 引用計(jì)數(shù)：每個(gè)對(duì)象有一個(gè)引用計(jì)數(shù)屬性，新增一個(gè)引用時(shí)計(jì)數(shù)加1，引用釋放時(shí)計(jì)數(shù)減1，計(jì)數(shù)為0時(shí)可以回收。此方法簡(jiǎn)單，無(wú)法解決對(duì)象相互循環(huán)引用的問(wèn)題。
- 可達(dá)性分析（Reachability Analysis）：從GC Roots開(kāi)始向下搜索，搜索所走過(guò)的路徑稱(chēng)為引用鏈。當(dāng)一個(gè)對(duì)象到GC Roots沒(méi)有任何引用鏈相連時(shí)，則證明此對(duì)象是不可用的，不可達(dá)對(duì)象。
在Java語(yǔ)言中，GC Roots包括：
- 虛擬機(jī)棧中引用的對(duì)象。
- 方法區(qū)中類(lèi)靜態(tài)屬性實(shí)體引用的對(duì)象。
- 方法區(qū)中常量引用的對(duì)象。
- 本地方法棧中JNI引用的對(duì)象。
三、垃圾收集算法
1. 標(biāo)記-清除算法
“標(biāo)記-清除”（Mark-Sweep）算法，如它的名字一樣，算法分為“標(biāo)記”和“清除”兩個(gè)階段：首先標(biāo)記出所有需要回收的對(duì)象，在標(biāo)記完成后統(tǒng)一回收掉所有被標(biāo)記的對(duì)象。之所以說(shuō)它是最基礎(chǔ)的收集算法，是因?yàn)楹罄m(xù)的收集算法都是基于這種思路并對(duì)其缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)而得到的。
主要缺點(diǎn)有兩個(gè)：一個(gè)是效率問(wèn)題，標(biāo)記和清除過(guò)程的效率都不高；另外一個(gè)是空間問(wèn)題，標(biāo)記清除之后會(huì)產(chǎn)生大量不連續(xù)的內(nèi)存碎片，空間碎片太多可能會(huì)導(dǎo)致，當(dāng)程序在以后的運(yùn)行過(guò)程中需要分配較大對(duì)象時(shí)無(wú)法找到足夠的連續(xù)內(nèi)存而不得不提前觸發(fā)另一次垃圾收集動(dòng)作。
2. 復(fù)制算法
“復(fù)制”（Copying）的收集算法，它將可用內(nèi)存按容量劃分為大小相等的兩塊，每次只使用其中的一塊。當(dāng)這一塊的內(nèi)存用完了，就將還存活著的對(duì)象復(fù)制到另外一塊上面，然后再把已使用過(guò)的內(nèi)存空間一次清理掉。
這樣使得每次都是對(duì)其中的一塊進(jìn)行內(nèi)存回收，內(nèi)存分配時(shí)也就不用考慮內(nèi)存碎片等復(fù)雜情況，只要移動(dòng)堆頂指針，按順序分配內(nèi)存即可，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，運(yùn)行高效。只是這種算法的代價(jià)是將內(nèi)存縮小為原來(lái)的一半，持續(xù)復(fù)制長(zhǎng)生存期的對(duì)象則導(dǎo)致效率降低。
3. 標(biāo)記-壓縮算法
復(fù)制收集算法在對(duì)象存活率較高時(shí)就要執(zhí)行較多的復(fù)制操作，效率將會(huì)變低。更關(guān)鍵的是，如果不想浪費(fèi)50%的空間，就需要有額外的空間進(jìn)行分配擔(dān)保，以應(yīng)對(duì)被使用的內(nèi)存中所有對(duì)象都100%存活的極端情況，所以在老年代一般不能直接選用這種算法。
根據(jù)老年代的特點(diǎn)，有人提出了另外一種“標(biāo)記-整理”（Mark-Compact）算法，標(biāo)記過(guò)程仍然與“標(biāo)記-清除”算法一樣，但后續(xù)步驟不是直接對(duì)可回收對(duì)象進(jìn)行清理，而是讓所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后直接清理掉端邊界以外的內(nèi)存
4. 分代收集算法
GC分代的基本假設(shè)：絕大部分對(duì)象的生命周期都非常短暫，存活時(shí)間短。
“分代收集”（Generational Collection）算法，把Java堆分為新生代和老年代，這樣就可以根據(jù)各個(gè)年代的特點(diǎn)采用最適當(dāng)?shù)氖占惴āＴ谛律校看卫占瘯r(shí)都發(fā)現(xiàn)有大批對(duì)象死去，只有少量存活，那就選用復(fù)制算法，只需要付出少量存活對(duì)象的復(fù)制成本就可以完成收集。而老年代中因?yàn)閷?duì)象存活率高、沒(méi)有額外空間對(duì)它進(jìn)行分配擔(dān)保，就必須使用“標(biāo)記-清理”或“標(biāo)記-整理”算法來(lái)進(jìn)行回收。
四、垃圾收集器
1. Serial收集器（串行GC）[新生代收集器]
執(zhí)行g(shù)c時(shí),會(huì)暫停jvm其它的工作線程(Stop The World)
標(biāo)記eden和servivor(form區(qū))的活動(dòng)對(duì)象,標(biāo)記結(jié)束后,將eden和servivor(form)區(qū)的所有活動(dòng)對(duì)象轉(zhuǎn)到servivor(to)區(qū),這時(shí)一些大對(duì)象會(huì)被直接復(fù)制到old區(qū),然后eden和servivor(form)區(qū)里剩余的對(duì)象均是垃圾了,釋放他們占用的內(nèi)存。這時(shí)將servivor 的to區(qū)標(biāo)記為form,form標(biāo)志為to區(qū)。
如果在復(fù)制到to區(qū)時(shí),to區(qū)已滿，則直接復(fù)制到old區(qū)。
- 新生代采用復(fù)制算法
- 啟用串行收集器: -XX:+UseSerialGC
- Client模式下虛擬機(jī)的默認(rèn)收集器[簡(jiǎn)單高效]
2. ParNew收集器(并行GC) [新生代收集器]
Serial收集器的多線程版
并行(Parallel):指多條垃圾收集線程并行工作，但此時(shí)用戶線程仍然處于等待狀態(tài)
- 新生代采用復(fù)制算法，暫停所有用戶線程
- 老年代采用標(biāo)記整理算法，在暫停所有用戶線程
- 可以和CMS收集器配合工作
- 啟用方式: -XX:_UseParNewGC
3. Parallel Scavenge收集器(并行GC) [新生代收集器]
- 吞吐量?jī)?yōu)先收集器
- 使用復(fù)制算法的收集器
- 并行的多線程收集器
- 與其他收集器關(guān)注點(diǎn)不一樣，Parllel Scavenge收集器的目標(biāo)是達(dá)到一個(gè)可控制的吞吐量，其他的收集器盡可能的縮短垃圾收集時(shí)用戶線程的卡頓時(shí)間。
吞吐量：就是CPU用于運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間與CPU總消耗時(shí)間的比值，即吞吐量=運(yùn)行用戶代碼時(shí)間/(運(yùn)行用戶代碼時(shí)間+垃圾收集時(shí)間)
- 參數(shù)[-XX:MaxGCPauseMillis]:控制最大垃圾收集時(shí)間(大于零的毫秒數(shù))。不要認(rèn)為把這個(gè)值設(shè)置的越小越好，GC停頓時(shí)間縮短是以犧牲吞吐量和新生代空間來(lái)?yè)Q取的；系統(tǒng)吧新生代調(diào)小一些，每次收集停頓時(shí)間肯定小了，但直接導(dǎo)致垃圾收集更頻繁。（10秒一次，每次停頓100毫秒 VS 5秒一次，每次停頓70毫秒）
- 參數(shù)[-XX:GCTimeRatio]:直接設(shè)置吞吐量大小(大于零小于100整數(shù))【如果值設(shè)置19，那允許GC時(shí)間占比5%[1/(1+19)]】。
- 參數(shù)[-XX:UseAdaptiveSizePolicy]:這個(gè)參數(shù)打開(kāi)后，虛擬機(jī)會(huì)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行情況收集性能監(jiān)控信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整[新生代大小(-Xmn)；Eden和Servivor區(qū)域占比(-XX:ServivorRatio)，晉升老年代對(duì)象年齡(-XX:PretenureSizeThreshold)]這些參數(shù)以提供最合適的停頓時(shí)間或者吞吐量。
4. Serial Old收集器(串行GC)[老年代收集器]
- 是Serial收集器的老年代版本，單線程收集器
- 采用“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)
- 這個(gè)收集器主要意義給Client模式下的虛擬機(jī)使用
-
在server模式可以下，可以與Parallel Scavenge收集器搭配使用，另一種是作為CMS收集器的后背預(yù)案。
5. Parallel Old收集器(并行GC)[老年代收集器]
- 使用多線程收集
- 采用“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)
在注重吞吐量以及CPU資源敏感的場(chǎng)合，都可以?xún)?yōu)先考慮Parallel Scavenge加Parallel Old收集器
Parallel Scavenge收集器無(wú)法與CMS收集器組合，Parallel Old收集器出現(xiàn)之前，只能是Parallel Scavenge加Serial Old組合。
6. CMS收集器(Concurrent Mark Sweep)[老年代收集器]
- 以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器
- 基于"標(biāo)記-清除"算法實(shí)現(xiàn)
- 并發(fā)收集，低停頓
缺點(diǎn)：
1. 對(duì)CPU資源敏感，CMS默認(rèn)啟動(dòng)回收線程數(shù)(CPU數(shù)量+3)/4,保證在CPU數(shù)量大于4個(gè)的時(shí)候不低于CPU數(shù)量的25%。
2. CMS無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾(Floating GarBage),可能出現(xiàn)“Current Mode Failure”失敗而導(dǎo)致另一次Full GC產(chǎn)生。也由于垃圾收集階段用戶線程還在運(yùn)行，還需要預(yù)留足夠內(nèi)存空間給用戶線程使用（JDK1.5默認(rèn)68%；JDK1.6默認(rèn)92%【-XX:CMSInitiatingOccupancyrFraction】）;要是CMS運(yùn)行時(shí)預(yù)留的內(nèi)存無(wú)法滿足用戶線程需要，就會(huì)出現(xiàn)一次“Current Mode failure",虛擬機(jī)啟動(dòng)后備預(yù)案：使用Serial Old重新收集老年代垃圾收集【這樣停頓時(shí)間就很長(zhǎng)了】。
3. CMS采用”標(biāo)記-清除“算法，會(huì)產(chǎn)生大量的空間碎片。老年代有足夠的剩余空間，但是無(wú)法找打足夠大內(nèi)存分配對(duì)象，提前出發(fā)一次Full GC。CMS提供了【-XX:+UseCompactAtFullCollection，默認(rèn)值0：每次都整理】參數(shù)開(kāi)啟內(nèi)存碎片整理。
四個(gè)步驟：
- 初始標(biāo)記(Stop the world): 標(biāo)記下GC ROOTS能直接關(guān)聯(lián)到的對(duì)象
- 并發(fā)標(biāo)記: 進(jìn)行GC RootsTrancing的過(guò)程
- 重新標(biāo)記(Stop the world): 修正并發(fā)標(biāo)記期間因用戶線程繼續(xù)運(yùn)作而導(dǎo)致標(biāo)記產(chǎn)生變動(dòng)的那異步部分對(duì)象的標(biāo)記記錄
-
并發(fā)清除
7. G1收集器(Garbage First)
- 面向服務(wù)端的收集器
- 并行與并發(fā)收集器：充分利用多CPU、多核環(huán)境下的硬件優(yōu)勢(shì)，使用多個(gè)CPU（CPU或CPU核心）縮短Stop The World 時(shí)間。
- 分代收集：將整個(gè)堆劃分為多個(gè)大小相等的區(qū)域(Region),跟蹤每個(gè)Region的垃圾堆積的價(jià)值大小，在后臺(tái)維護(hù)一個(gè)優(yōu)先列表，每次優(yōu)先收集價(jià)值最大的Region,保證GC有限時(shí)間內(nèi)獲得最大的收集效率。【Region之間的對(duì)象應(yīng)用虛擬機(jī)采用Remembered Set來(lái)避免全堆掃描】
- 空間整合：G1整體上看是基于“標(biāo)記-整理”算法實(shí)現(xiàn)，從局部（兩個(gè)Region之間）上來(lái)看是基于“標(biāo)記-復(fù)制"算法實(shí)現(xiàn)的。
- 可預(yù)測(cè)的停頓：能讓使用者明確指定在一個(gè)長(zhǎng)度為M毫秒的時(shí)間段內(nèi)，消耗在垃圾收集器上的時(shí)間不超過(guò)N毫秒。
大致分為以下幾個(gè)步驟：
- 初始標(biāo)記（Initial Marking）
- 并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Marking）
- 最終標(biāo)記（Final Marking）
- 篩選回收（Live Data Counting and Evacuation）
五、部分JVM參數(shù)
| 參數(shù) | 說(shuō)明 |
|---|---|
| -XX:SurvivorRatio | 新生代中Eden區(qū)域與Survivor區(qū)域的容量比值，默認(rèn)為8，代表Eden:Subrvivor = 8:1 |
| -XX:PretenureSizeThreshold | 直接晉升到老年代對(duì)象的大小，設(shè)置這個(gè)參數(shù)后，大于這個(gè)參數(shù)的對(duì)象將直接在老年代分配 |
| -XX:MaxTenuringThreshold | 晉升到老年代的對(duì)象年齡，每次Minor GC之后，年齡就加1，當(dāng)超過(guò)這個(gè)參數(shù)的值時(shí)進(jìn)入老年代 |
| -XX:UseAdaptiveSizePolicy | 動(dòng)態(tài)調(diào)整java堆中各個(gè)區(qū)域的大小以及進(jìn)入老年代的年齡 |
| -XX:+HandlePromotionFailure | 是否允許新生代收集擔(dān)保，進(jìn)行一次minor gc后, 另一塊Survivor空間不足時(shí)，將直接會(huì)在老年代中保留 |
| -XX:ParallelGCThreads | 設(shè)置并行GC進(jìn)行內(nèi)存回收的線程數(shù) |
| -XX:GCTimeRatio | GC時(shí)間占總時(shí)間的比列，默認(rèn)值為99，即允許1%的GC時(shí)間，僅在使用Parallel Scavenge 收集器時(shí)有效 |
| -XX:MaxGCPauseMillis | 設(shè)置GC的最大停頓時(shí)間，在Parallel Scavenge 收集器下有效 |
| -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction | 設(shè)置CMS收集器在老年代空間被使用多少后出發(fā)垃圾收集，默認(rèn)值為68%，僅在CMS收集器時(shí)有效，-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 |
| -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection | 由于CMS收集器會(huì)產(chǎn)生碎片，此參數(shù)設(shè)置在垃圾收集器后是否需要一次內(nèi)存碎片整理過(guò)程，僅在CMS收集器時(shí)有效 |
| -XX:+CMSFullGCBeforeCompaction | 設(shè)置CMS收集器在進(jìn)行若干次垃圾收集后再進(jìn)行一次內(nèi)存碎片整理過(guò)程，通常與UseCMSCompactAtFullCollection參數(shù)一起使用 |
| -XX:+UseFastAccessorMethods | 原始類(lèi)型優(yōu)化 |
| -XX:+DisableExplicitGC | 是否關(guān)閉手動(dòng)System.gc |
| -XX:+CMSParallelRemarkEnabled | 降低標(biāo)記停頓 |
| -XX:LargePageSizeInBytes | 內(nèi)存頁(yè)的大小不可設(shè)置過(guò)大，會(huì)影響Perm的大小，-XX:LargePageSizeInBytes=128m |
