从 JDK 8 到 JDK 18，Java 垃圾回收的十次进化

小灰灰 2024-04-07 13:47 74阅读 0赞

## 经历了数千次改进，Java 的垃圾回收在吞吐量、延迟和内存大小方面有了巨大的进步。 ##

2014 年3 月 JDK 8 发布，自那以来 JDK 又连续发布了许多版本，直到今日的 JDK 18 是 Java 的第十个版本。借此机会，我们来回顾一下 HotSpot JVM 的垃圾回收器的发展全过程。

## **1. 关于垃圾回收、度量和取舍** ##

HotSpot JVM 中负责管理应用程序堆的组件叫做“垃圾回收器”（Garbage Collector，即GC）。GC 负责管理应用程序堆对象的整个生命周期，从应用程序分配内存到内存被回收，都由 GC 负责。

从高层来看，JVM 垃圾回收算法的最基本功能如下：

*  当应用程序请求分配内存时，GC 负责提供内存。提供内存的过程应尽可能快；
 *  GC 检测应用程序不再使用的内存。这个操作也应当十分高效，不应消耗太多时间。这种不再使用的内存称为“垃圾”；
 *  GC 将同一块内存再次提供给应用程序，最好是“实时”，也就是要快。

好的垃圾回收算法还有更多的需求，但这三条是最基本的，也足以支撑本文的讨论了。

满足这些需求有很多方法，但很不幸，我们并没有一蹴而就的方法，也没有能一次性解决所有需求的方法。因此，JDK 提供了多种垃圾回收算法以供选择，每种算法适用于不同的场景。这些算法的实现基本上可以根据吞吐量、延迟和内存大小这三个性能度量，以及对应用程序的影响进行归类。

*  吞吐量指的是单位时间内能够完成的工作量。在此语境下，垃圾回收算法的优劣取决于能在单位时间内完成的回收工作量，这些算法可以让 Java 应用程序实现更高的吞吐量；
 *  延迟指的是单次操作所需时间。垃圾回收算法需要尽可能减小延迟。在垃圾回收的语境下，关键点就是垃圾回收期是否会导致暂停、暂停的范围，以及暂停的时长；
 *  在垃圾回收的语境下，内存大小指的是为了让垃圾回收期正常工作，需要在正常的应用程序堆内存之外，再额外占用多少内存。如果 GC（或更一般地，JVM）需要的内存很少，就可以给应用程序堆留出更多内存。

这三个度量是互相关联的：高吞吐量的垃圾回收器可能会严重影响延迟（但对应用程序的影响最小）。为了降低内存消耗，我们需要采用在其他度量方面不是那么出色的算法。延迟较低的回收期需要并行进行更多工作，或以更小的单位进行工作，这就会消耗更多处理器资源。

这些关系通常可以画成一个三角形，如图1所示。每个垃圾回收算法占据三角形的一个角。

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图1. GC 性能度量三角

提高 GC 在某方面的表现，通常会导致其他方面的表现降低。

**2. JDK 18 中的 OpenJDK GC**

OpenJDK 提供了五种 GC，分别专注于不同的性能度量。表 1 列出了 GC 的名称、专注领域，以及实现特定特性所使用的核心概念。

表1. OpenJDK的五种GC

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Parallel GC 是 JDK 8 以及更早版本的默认回收期。它专注于吞吐量，尽快完成工作，而很少考虑延迟（暂停）。

Parallel GC 会在 STW（全局暂停）期间，以更紧凑的方式，将正在使用中的内存移动（复制）到堆中的其他位置，从而制造出大片的空闲内存区域。当内存分配请求无法满足时就会发生 STW 暂停，然后JVM完全停止应用程序运行，投入尽可能多的处理器线程，让垃圾回收算法执行内存压缩工作，然后分配请求的内存，最后恢复应用程序执行。

Parallel GC 也是一个分代回收器，旨在最大化垃圾回收效率。本文稍后会详细讨论分代式回收的思想。

G1 GC 是JDK 9 以后的默认回收期。G1 试图平衡吞吐量和延迟。一方面，在 STW 暂停期间，依然会利用分代继续执行内存回收工作，从而最大化效率，这一点和 Parallel GC 相同；但是，它还会尽可能避免在暂

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