9种垃圾收集器

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目前的垃圾收集器主要有7种,上图是他们的使用关系,连在一起的就可以配合使用。JDK11出现两种新的垃圾收集器,一个是Epsilon垃圾收集器,一个是ZGC垃圾收集器。垃圾收集器中很重要的两个概念:Stop-The-World和Safepoint。首先说说Stop-The-World:JVM由于要执行GC而停止了应用程序的执行,任何一种GC算法中都会发生。多数GC优化通过减少Stop-the -world发生的时间来提高程序性能。安全点 Safepoint:分析过程中对象引用关系不会发生变化的点,产生Safepoint的地方:方法调用、循环跳转、异常跳转等,安全点数量得适中。

各种收集器的关系

JVM的两种运行模式,在[《HotSpot JVM类型以及编译模式》]( https://zouchanglin.cn/2019/10/25/HotSpot JVM类型以及编译模式) 一文中说道了,JVM有Server和Client型、Server型启动比较慢,属于做了重量级的优化,Client型启动较Server快。

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下面来看看三个新生代的收集器:Serial收集器、Serial收集器和Parallel Scavenge收集器

1、Serial收集器

Serial收集器(-XX:+UseSerialGC,复制算法)是Java中最基本的收集器,历史悠久,在JDK1.3.1之前是Java虚拟机新生代的唯一选择。单线程收集,进行垃圾收集时,必须暂停所有工作线程。由于Serial收集器采用复制算法,简单高效,Client模式下默认的年轻代收集器就是Serial。

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2、ParNew收集器

ParNew收集器(-XX:+UseParNewGC,复制算法),多线程收集, ParNew收集器其实是Serial收集器的多线程版本,它是许多运行在Server模式下的虚拟机中首选的新生代收集器,其余的行为特点和Serial收集器一样。单核执行效率不如Serial(因为存在线程切换的开销),在多核下执行才有优势。

同时ParNew也是一个很重要的垃圾收集器, 因为除了Serial收集器外,目前只有它能与CMS收集器配合工作。

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Serial与ParNew收集器都是比较强调很短的停顿时间。

3、Parallel Scavenge收集器

Parallel Scavenge收集器(-XX:+UseParallelGC,复制算法),多线程收集,比起关注用户线程停顿时间,更关注系统的吞吐量。在多核下执行才有优势,Server模式下默认的年轻代收集器

吞吐量即CPU用于运行用户代码的时间与CPU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+垃圾收集时间), 假设虚拟机总共运行了100分钟,其中垃圾收集花掉1分钟,吞吐量就是99%。

对于需要与用户交互的程序来说停顿时间越短越好,良好的响应速度能提升用户的体验。

对于后台计算等任务,需要最高效率地利用CPU时间,尽快地完成程序的运算任务,这就是高吞吐量

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上图与ParNew收集器的一致,因为都是多线程+复制算法收集,只不过关注点不同,ParNew收集器关注停顿时间,而Parallel Scavenge收集器关注吞吐量。下面看看相关参数:

-XX:MaxGCPauseMillis 控制最大垃圾收集停顿时间(大于0的毫秒数)。停顿时间缩短是以牺牲吞吐量和新生代空间换取的。(新生代调的小,吞吐量跟着小,垃圾收集时间就短,停顿就小)。

-XX:GCTimeRatio 直接设置吞吐量大小,0<x<100 的整数,允许的最大GC时间=1/(1+x)。

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 一个开关参数,开启GC自适应调节策略(GC Ergonomics),将内存管理的调优任务(新生代大小-Xmn、Eden与Survivor区的比例-XX:SurvivorRatio、晋升老年代对象年龄-XX:PretenureSizeThreshold 、等细节参数)交给虚拟机完成。

下面来看看三个老年代的收集器:Serial Old收集器、Serial收集器和Parallel Scavenge收集器

4、Serial Old收集器

Serial Old收集器(-XX:+UseSerialOldGC,标记-整理算法),单线程收集,进行垃圾收集时,必须暂停所有工作线程。简单高效,Client模式下默认的老年代收集器。

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5、Parallel Old收集器

Parallel Old收集器(-XX : +UseParallelOldGC,标记-整理算法)JDK6以后提供的。

Parallel Scavenge收集器其实在Parallel Old收集器没有出现之前一直处于比较尴尬的地位,因为能与之配合的老年代收集器只有Serial Old,Serial Old性能上拖累了Parallel Scavenge,所以即使在需要高吞吐量的情况下,虽然使用了Parallel Scavenge收集器,但是由于只能跟Serial Old收集器配合,结果性能还不如ParNew和CMS的组合收集器,Parallel Old收集器的出现总算是给Parallel Scavenge收集器搭配了一个好基友!

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所以在注重吞吐量及CPU资源敏感的场合,都可以优先考虑Parallel Scavenge+Parallel Old收集器

6、CMS收集器

CMS收集器(-XX: +UseConcMarkSweepGC,标记-清除算法), 以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。优点:并发收集,低停顿。CMS收集器主要由以下6个步骤完成垃圾收集工作:

  • 初始标记:stop-the-world,标记GC Roots能直接关联到的对象,虽然暂停了JVM,但是速度非常快
  • 并发标记:在初始标记上并发追溯标记,程序不会停顿
  • 并发预清理:查找执行并发标记阶段从年轻代晋升到老年代的对象,通过重新扫描减少下一个阶段的标记工作
  • 重新标记:暂停虚拟机,扫描CMS堆中的剩余对象,速度较慢一些
  • 并发清理:清理垃圾对象,程序不会停顿
  • 并发重置:重置CMS收集器的数据结构

这6个步骤中初始标记和重新标记是需要暂停JVM的,是费时操作

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CMS收集器对CPU资源非常敏感,面向并发设计的程序都会对CPU资源较敏感。CMS默认的回收线程数:(CPU数量+3)/4, 而且CMS收集器是基于标记-清除算法会产生大量空间碎片。

7、G1收集器

G1收集器(-XX:+UseG1GC,复制算法 + 标记-整理算法),G1收集器全称是GarBage First。

G1收集器可以在几乎不牺牲吞吐量的前提下完成低停顿的内存回收,这是由于它能够极力避免全区域的垃圾收集,之前的收集器进行收集的范围都是整个新生代或老年代,而G1将整个Java堆(包括新生代、老年代)划分为多个大小固定的独立区域(Region),并且跟踪这些区域里面的垃圾堆积程度,在后台维护一个优先列表,每次根据允许的收集时间,优先回收垃圾最多的区域(这就是Garbage First名称的由来)。区域划分、有优先级的区域回收,保证了G1收集器在有限的时间内可以获得最高的收集效率。

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G1收集器的特点:并行和并发、分代收集、空间整合、可预测的停顿。G1将整个Java堆(包括新生代、老年代)划分为多个大小固定的独立区域(Region),物理上可以不是连续的,年轻代和老年代空间大小动态可调整。

8、Epsilon垃圾收集器

-XX: +UnlockExperimentalVMOptions、-XX:+UseEpsilonGC,Epsilon垃圾收集器是Java11出现的垃圾收集器, JDK上对这个特性的描述是:开发一个处理内存分配但不实现任何实际内存回收机制的GC,一旦可用堆内存用完,JVM就会退出。

Epsilon垃圾收集器提供完全被动的GC实现,具有有限的分配限制和尽可能低的延迟开销,但代价是内存占用和内存吞吐量。使用场景:

1、使用此GC来做性能测试(因为可以帮助过滤掉GC引起的性能假象) 还是不错的;

2、用来做内存压力测试也还行;

3、 如果是执行非常短的任务,根据不需要垃圾清理的话,使用此GC是合理的;

9、ZGC垃圾收集器

ZGC的目标就是缩短Stop The World的时间:ZGC是一个并发,基于region(和G1对内存区域的管理方式一致), 压缩型的垃圾收集器,只有root扫描阶段会Stop The World, 因此GC停顿时间不会随着堆的增长和存活对象的增长而变长。 ZGC垃圾收集器并且支持TB级内存容量,反正ZGC垃圾收集器也是Java11出现的垃圾收集器,目前开发中…

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