4. JVM基础-垃圾收集器

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如果说收集算法是内存回收的方法论,那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。java虚拟机规范中对垃圾收集器应该如何实现并没有任何规定,因此不同的厂商、不同版本的虚拟机所提供的垃圾收集器都可能会有很大的差别,并且一般都会提供参数供用户根据自己的应用特点和要求组合出各个年代所使用的收集器。

上图展示7种垃圾收集器,如果两个收集器之间存在连线,就说明他们可以搭配使用。虚拟机所处的区域,则表示它是属于新生代收集器还是老年代收集器。

4.1 Serial 收集器

这个收集器是一个单线程的收集器,但它的“单线程”的意义并不仅仅说明它只会一个cpu或者一条手机线程去完成垃圾收集工作,更重要的是在它进行垃圾收集时,必须暂停其他所有的工作线程,直到它收集结束。这项工作实际上是由虚拟机在后台自动发起和自动完成的,在用户不可见的情况下把用户正常工作的线程全部停掉。

但是它也有优于其他收集器的地方:简单而高效(与其他收集器的单线程情况相比),对于限定单个cpu的环境来说,Serial 收集器由于没有线程交互的开销,专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。在用户的桌面应用场景中,分配给虚拟机管理的内存一般来说你不会很大,收集十几M甚至一两百M的新生代,停顿时间完全可以控制在几十毫秒最多一百多毫秒以内,只要不是频繁的发生,这点停顿是可以接受。所以,Serial 收集器在 Client 模式下的虚拟机是一个很好选择。

4.2 ParNew 收集器 

ParNew收集器其实就是 Serial收集器的多线程版本,除了使用多条线程进行垃圾收集之外,其余行为包括 Serial收集器可用的参数、收集算法、stop the workd、对象分配规则、回收策略等都与 Serial收集器完全一样。

PerNew收集器除了多线程收集之外,其他与Serial收集器相比并没有太多创新之处,但它却是许多运行在 Server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器,其中有一个与性能无关但是很重要的原因是,除了 Serial收集器,目前只有它能与 CMS收集器配合工作。

ParNew收集器在但cup的环境中绝对不会有比 Serial收集器更好的效果,甚至由于存在线程交互的开销,该收集器在通过超线程技术实现的两个cup的环境中都不能百分百地保证超越 Serial收集器。当然,随着可以使用的cup数量的增加,它对于GC时系统资源的有效利用还是很有好处的。

4.3 Parallel Scavenge 收集器

Parallel Scavenge 收集器是一个新生代收集器,特点是它的关注点和其他收集器不同,CMS等收集器的关注点是尽可能地缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间,而 Parallel Scavenge 收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量。

吞吐量:cup运行用户代码的时间与cup总消耗时间的比值。

吞吐量 = 运行用户代码时间 / (运行用户代码时间 + 垃圾手机时间)吞吐量 = 运行用户代码时间 / (运行用户代码时间 + 垃圾收集时间)

例如,虚拟机运行了100分钟,其中垃圾收集花掉1分钟,那么吞吐量就是99%

-XX:MaxGCPauseMillis 设置最大垃圾收集停顿时间,可用把虚拟机在GC停顿的时间控制在MaxGCPauseMillis范围内,如果希望减少GC停顿时间可以将MaxPauseMillis设置很小,但是会频繁GC,从而增加GC的总时间,降低了吞吐量。

-XX:GCTimeRatio 设置吞吐量大小,它是一个0到100之间的整数,默认情况下它的取值是99,那么系统将花费不超过 1/(1+n) 的时间用于垃圾回收,也就是 1/(1+99) = 1%的时间。

另外还可以指定 -XX:UseAdaptiveSizePolicy 打开自适应模式,在这种模式下,新生代的大小,eden、from/to 的比例,以及晋升老年代的对象年龄参数会被自动调整,以达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。

4.4 Serial Old 收集器

Serial Old 是 Serial 收集器的老年代版本,它是同样是一个单线程收集器,使用“标记-整理”算法。这个收集器的主要意义也是在于给 Client模式下的的虚拟机使用。如果在Server模式下,有两个用途一种用途是在JDK1.5以及之前的版本中于 Parallel Scavenge 收集器搭配使用,另一种用途就是作为 CMS 收集器的后备预案。

4.5 Parallel Old 收集器

Parallel Old 是 Parallel Scavenge 收集器的来年到版本,使用多线程和“标记-整理”算法。这个收集器在 JDK1.6中才开始使用。

在 Parallel Old 收集器出现后,“吞吐量优先”收集器终于有了比较名副其实的应用组合,在注重吞吐量以及cup资源敏感的场合,都可以优先考虑 Parallel Scavenge 加 Parallel Old 收集器。

4.6 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。目前很大一部分的Java应用都集中在互联网站或B/S系统的服务端上,这类应用尤其重视服务的响应速度,希望系统停顿时间最短,以给用户带来较好的体验。

从名字(包含“Mark Sweep”)上就可以看出CMS收集器是基于“标记-清除”算法实现的,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)

并发标记(CMS concurrent mark)

重新标记(CMS remark)

并发清除(CMS concurrent sweep)

其中初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”。初始标记仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象,速度很快,并发标记阶段就是进行GC Roots Tracing的过程,而重新标记阶段则是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的标记记录,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。 

由于整个过程中耗时最长的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收集器的内存回收过程是与用户线程一起并发地执行。

优点:并发收集、低停顿。

缺点:1. 并发阶段会降低吞吐量,收集时与用户的线程并发运行,占用cpu。2. 产生浮动垃圾。3. 产生空间碎片。

 

 

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