垃圾收集器的种类及概述

1.JVM参数

1.1标准参数所有jdk版本通用参数

-version
-help
-server
-cp

1.2-X参数

非标准参数,也就是在JDK各个版本中可能会变动

-Xint     解释执行
-Xcomp    第一次使用就编译成本地代码
-Xmixed   混合模式,JVM自己来决定

1.3 -XX参数

使用得最多的参数类型
非标准化参数,相对不稳定,主要用于JVM调优和Debug

1.3.1Boolean类型

格式:-XX:[+-]<name>            +或-表示启用或者禁用name属性
比如:-XX:+UseConcMarkSweepGC   表示启用CMS类型的垃圾回收器
     -XX:+UseG1GC              表示启用G1类型的垃圾回收器

1.3.2非Boolean类型

格式:-XX<name>=<value>表示name属性的值是value
比如:-XX:MaxGCPauseMillis=500

1.4 其他参数

-Xms1000M等价于-XX:InitialHeapSize=1000M
-Xmx1000M等价于-XX:MaxHeapSize=1000M
-Xss100等价于-XX:ThreadStackSize=100

所以这块也相当于是-XX类型的参数

1.5查看参数

java -XX:+PrintFlagsFinal -version > flags.txt

 值得注意的是"="表示默认值,":="表示被用户或JVM修改后的值,有些我们自己没有修改的也有:这是因为jvm在运行时会自己适配,mangeable就表示实时修改的,一般要设置参数,可以先查看一下当前参数是什么,然后进行修改。

1.6设置参数的常见方式

开发工具中设置比如IDEA,eclipse
运行jar包的时候:java  -XX:+UseG1GC xxx.jar
web容器比如tomcat,可以在脚本中的进行设置
通过jinfo实时调整某个java进程的参数(参数只有被标记为manageable的flags可以被实时修改)

1.6.1设置参数

1.设置堆内存大小和参数打印
-Xmx100M -Xms100M -XX:+PrintFlagsFinal
2.查询+PrintFlagsFinal的值
:=true
3.查询堆内存大小MaxHeapSize
:= 104857600
4.换算
104857600(Byte)/1024=102400(KB)
102400(KB)/1024=100(MB)
5.结论
104857600是字节单位

单位换算:

1Byte(字节)=8bit(位)
1KB=1024Byte(字节)
1MB=1024KB
1GB=1024MB
1TB=1024GB

1.7 常用参数含义

参数含义说明
-XX:CICompilerCount=3最大并行编译数如果设置大于1,虽然编译速度会提高,但是同样影响系统稳定性,会增加JVM崩溃的可能
-XX:InitialHeapSize=100M初始化堆大小简写-Xms100M
-XX:MaxHeapSize=100M最大堆大小简写-Xms100M
-XX:NewSize=20M设置年轻代的大小
-XX:MaxNewSize=50M年轻代最大大小
-XX:OldSize=50M设置老年代大小
-XX:MetaspaceSize=50M设置方法区大小
-XX:MaxMetaspaceSize=50M方法区最大大小
-XX:+UseParallelGC使用UseParallelGC新生代,吞吐量优先
-XX:+UseParallelOldGC使用UseParallelOldGC老年代,吞吐量优先
-XX:+UseConcMarkSweepGC使用CMS老年代,停顿时间优先
-XX:+UseG1GC使用G1GC新生代,老年代,停顿时间优先
-XX:NewRatio新老生代的比值比如-XX:Ratio=4,则表示新生代:老年代=1:4,也就是新生代占整个堆内存的1/5
-XX:SurvivorRatio两个S区和Eden区的比值比如-XX:SurvivorRatio=8,也就是(S0+S1):Eden=2:8,也就是一个S占整个新生代的1/10
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError启动堆内存溢出打印当JVM堆内存发生溢出时,也就是OOM,自动生成dump文件
-XX:HeapDumpPath=heap.hprof指定堆内存溢出打印目录表示在当前目录生成一个heap.hprof文件
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:g1-gc.log打印出GC日志可以使用不同的垃圾收集器,对比查看GC情况
-Xss128k设置每个线程的堆栈大小经验值是3000-5000最佳
-XX:MaxTenuringThreshold=6提升年老代的最大临界值默认值为 15
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent启动并发GC周期时堆内存使用占比G1之类的垃圾收集器用它来触发并发GC周期,基于整个堆的使用率,而不只是某一代内存的使用比. 值为 0 则表示”一直执行GC循环”. 默认值为 45.
-XX:G1HeapWastePercentG1最大停顿时间暂停时间不能太小,太小的话就会导致出现G1跟不上垃圾产生的速度。最终退化成Full GC。所以对这个参数的调优是一个持续的过程,逐步调整到最佳状态。
-XX:ConcGCThreads=n并发垃圾收集器使用的线程数量默认值随JVM运行的平台不同而不同
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=65混合垃圾回收周期中要包括的旧区域设置占用率阈值默认占用率为 65%
-XX:G1MixedGCCountTarget=8设置标记周期完成后,对存活数据上限为 G1MixedGCLIveThresholdPercent 的旧区域执行混合垃圾回收的目标次数默认8次混合垃圾回收,混合回收的目标是要控制在此目标次数以内
-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=1描述Mixed GC时,Old Region被加入到CSet中默认情况下,G1只把10%的Old Region加入到CSet中

2.各种垃圾收集器 

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。

2.1Serial

Serial收集器是最基本、发展历史最悠久的收集器,曾经(在JDK1.3.1之前)是虚拟机新生代收集的唯一选择。

它是一种单线程收集器,不仅仅意味着它只会使用一个CPU或者一条收集线程去完成垃圾收集工作,更重要的是其在进行垃圾收集的时候需要暂停其他线程。

优点:简单高效,拥有很高的单线程收集效率
缺点:收集过程需要暂停所有线程
算法:复制算法
适用范围:新生代
应用:Client模式下的默认新生代收集器

2.2Serial Old

Serial Old收集器是Serial收集器的老年代版本,也是一个单线程收集器,不同的是采用"标记-整理算法",运行过程和Serial收集器一样。

2.3ParNew

可以把这个收集器理解为Serial收集器的多线程版本,还是会暂停业务线程,只是将GC的单线程回收变成了多线程回收,如果服务器只有单核这个反而变慢

2.4Parallel Scavenge

Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器,它也是使用复制算法的收集器,又是并行的多线程收集器,看上去和ParNew一样,但是Parallel Scanvenge更关注系统的吞吐量。

2.4.1吞吐量

吞吐量=运行用户代码的时间/(运行用户代码的时间+垃圾收集时间)

比如虚拟机总共运行了100分钟,垃圾收集时间用了1分钟,吞吐量=(100-1)/100=99%。

若吞吐量越大,意味着垃圾收集的时间越短,则用户代码可以充分利用CPU资源,尽快完成程序的运算任务。

-XX:MaxGCPauseMillis控制最大的垃圾收集停顿时间,保证GC尽可能在这个时间内回收,如果超过了这个时间,就会牺牲吞吐量和Eden区的大小,保证这个时间内回收完成,会导致频繁的GC
-XX:GCRatio直接设置吞吐量的大小。

2.5Parallel Old

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本,使用多线程和标记-整理算法进行垃圾回收,也是更加关注系统的吞吐量。

2.6CMS

官网: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/cms.html#concurrent_mark_sweep_cms_collector
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。
采用的是"标记-清除算法",整个过程分为4步

2.6.1CMS的回收步骤

可以一定程度上的缓解Stop The World

(1)初始标记 CMS initial mark     标记GC Roots直接关联对象,不用,速度并发执行,速度很快,会STW
(2)并发标记 CMS concurrent mark  进行GC 找出所有的引用链上的剩余对象,比较耗时     并发执行
(3)重新标记 CMS remark ,修改并发标记因用户程序变动的内容,就是将第二步所产生的垃圾进行二次标记,由于第一步已经标记了,所以这不并不耗时,会STW
(4)并发清除 CMS concurrent sweep 清除不可达对象回收空间,同时有新垃圾产生,留着下次清理称为浮动垃圾,并发执行
由于整个过程中,并发标记和并发清除,收集器线程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的。

优点:并发收集、低停顿
缺点:产生大量空间碎片、并发阶段会降低吞吐量

2.7G1(Garbage-First)

官网: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/g1_gc.html#garbage_first_garbage_collection
使用G1收集器时,Java堆的内存布局与就与其他收集器有很大差别,它将整个Java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离的了,它们都是一部分Region(不需要连续)的集合。
每个Region大小都是一样的,可以是1M到32M之间的数值,但是必须保证是2的n次幂
如果对象太大,一个Region放不下[超过Region大小的50%],那么就会直接放到H中
设置Region大小:-XX:G1HeapRegionSize=<N>M

所谓Garbage-Frist,其实就是优先回收垃圾最多的Region区域
1)分代收集(仍然保留了分代的概念)
2)空间整合(整体上属于“标记-整理”算法,不会导致空间碎片)
3)可预测的停顿(比CMS更先进的地方在于能让使用者明确指定一个长度为M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)

2.7.1工作过程可以分为如下几步

初始标记(Initial Marking)    

标记以下GC Roots能够关联的对象,并且修改TAMS的值,需要暂停用户线程
并发标记(Concurrent Marking)  

从GC Roots进行可达性分析,找出存活的对象,与用户线程并发执行
最终标记(Final Marking)        

修正在并发标记阶段因为用户程序的并发执行导致变动的数据,需暂停用户线程
筛选回收(Live Data Counting and Evacuation)

对各个Region的回收价值和成本进行排序,根据用户所期望的GC停顿时间制定回收计划

2.8ZGC

官网:

https://docs.oracle.com/en/java/javase/11/gctuning/z-garbage-collector1.html#GUID-A5A42691-095E-47BA-B6DC-FB4E5FAA43D0
JDK11新引入的ZGC收集器,不管是物理上还是逻辑上,ZGC中已经不存在新老年代的概念了
会分为一个个page,当进行GC操作时会对page进行压缩,因此没有碎片问题
只能在64位的linux上使用,目前用得还比较少

2.8.1优点

(1)可以达到10ms以内的停顿时间要求

(2)支持TB级别的内存

(3)堆内存变大后停顿时间还是在10ms以内

3.垃圾收集器分类

3.1串行收集器

Serial和Serial Old

只能有一个垃圾回收线程执行,用户线程暂停。

适用于内存比较小的嵌入式设备。

3.2并行收集器[吞吐量优先]

Parallel Scanvenge、Parallel Old

多条垃圾收集线程并行工作,但此时用户线程仍然处于等待状态。

适用于科学计算、后台处理等若交互场景。

3.3并发收集器[停顿时间优先]

CMS、G1

用户线程和垃圾收集线程同时执行(但并不一定是并行的,可能是交替执行的),垃圾收集线程在执行的时候不会停顿用户线程的运行。

适用于相对时间有要求的场景,比如Web。

4.常见问题

4.1吞吐量和停顿时间之间如何平衡

这两个指标也是评价垃圾回收器好处的标准。

 停顿时间

垃圾收集器 进行 垃圾回收终端应用执行响应的时间

停顿时间越短就越适合需要和用户交互的程序,良好的响应速度能提升用户体验;
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)
高吞吐量则可以高效地利用CPU时间,尽快完成程序的运算任务,主要适合在后台运算而不需要太多交互的任务。

4.2如何选择合适的垃圾收集器

官网

  https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/collectors.html#sthref28

优先调整堆的大小让服务器自己来选择
如果内存小于100M,使用串行收集器
如果是单核,并且没有停顿时间要求,使用串行或JVM自己选
如果允许停顿时间超过1秒,选择并行或JVM自己选
如果响应时间最重要,并且不能超过1秒,使用并发收集器
对于G1收集

JDK 7开始使用,JDK 8非常成熟,JDK 9默认的垃圾收集器,适用于新老生代。

4.3是否使用G1收集器?

(1)50%以上的堆被存活对象占用
(2)对象分配和晋升的速度变化非常大
(3)垃圾回收时间比较长

4.3.1G1中的RSet

全称Remembered Set,记录维护Region中对象的引用关系
试想,在G1垃圾收集器进行新生代的垃圾收集时,也就是Minor GC,假如该对象被老年代的Region中所引用,这时候新生代的该对象就不能被回收,怎么记录呢?
不妨这样,用一个类似于hash的结构,key记录region的地址,value表示引用该对象的集合,这样就能知道该对象被哪些老年代的对象所引用,从而不能回收。

4.4如何开启需要的垃圾收集器

(1)串行
    -XX:+UseSerialGC 
    -XX:+UseSerialOldGC
(2)并行(吞吐量优先):
    -XX:+UseParallelGC
    -XX:+UseParallelOldGC
(3)并发收集器(响应时间优先)
    -XX:+UseConcMarkSweepGC
    -XX:+UseG1GC

 5.思维导图

 

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