【基础篇】十五、JVM垃圾回收器

阳光穿透心脏的1/2处 2024-04-23 15:49 69阅读 0赞

#### 文章目录 ####

*  1、垃圾回收器
 *  2、Serial + Serial Old
 *  3、ParNew回收器
 *  4、CMS回收器
 *  5、Parallel Scavenge + Parallel Old
 *  6、G1垃圾回收器
 *  7、G1的回收流程：Young GC
 *  8、G1的回收流程：Mixed GC
 *  9、回收器的选择

## 1、垃圾回收器 ##

对回收算法落地，出现了多种垃圾回收器：

![在这里插入图片描述][e9649335858c4865b875b914b0a5ce64.png]

搭配有：

*  G1用于年轻代和老年代
 *  Serial + Serial Old
 *  ParNew + CMS
 *  Parallel Scavenge + Parallel Old

图中虚线为对应版本的废弃组合。

## 2、Serial + Serial Old ##

Serial：

*  串行、单线程的年轻代垃圾回收器
 *  算法：复制算法
 *  优点：单CPU下吞吐高
 *  缺点：堆内存大时，会让用户线程长期等待，多CPU下性能差
 *  场景：单CPU，硬件配置有限

![在这里插入图片描述][f4f05b1ad510443b914c709a14693409.png]

Serial Old：

*  Serial回收器的老年代版本
 *  依旧串行、单线程回收
 *  算法：标记整理算法

![在这里插入图片描述][f4f05b1ad510443b914c709a14693409.png]

添加JVM参数：

-XX:+UseSerialGC

新生代、老年代即使用Serial + Serial Old回收器组合。

## 3、ParNew回收器 ##

*  实质是对Serial在多CPU下的优化，作用于年轻代
 *  使用多线程进行垃圾回收
 *  算法：复制
 *  优点：多CPU下STW时间短
 *  缺点：回收过程相对粗暴，吞吐和STW都不如G1
 *  场景：搭配老年代的CMS

![在这里插入图片描述][5a0542ec428244a999d5d350d3148d5e.png]  
添加JVM参数：

-XX:+UseParNewGC

此参数对应的组合是：ParNew + Serial Old（已过时的组合）

![在这里插入图片描述][4ea0ccb24e2a4cd6bdb92cc14e65ac3e.png]

## 4、CMS回收器 ##

*  Concurrent Mark Sweep
 *  老年代的回收器
 *  算法：标记清除算法
 *  优点：**STW时间短**
 *  场景：用户请求数据量大、频率高的场景，比如订单接口、商品接口等

> CMS步骤：

*  **初始标记**：标记和GC Root **直接关联** 的对象（不是遍历所有的引用链，因此耗时极短），此过程STW
 *  **并发标记**：并发标记所有对象，此过程不用暂停用户线程（不用STW）
 *  **重新标记**：上面并发时，有些对象的状态发生了变化，可能漏标或者错标（死了的又活了，活着的快死了），需要重标，此过程STW（但大部分对象上一步并发标记已经处理完了，漏标的占少数，所以这步STW时间短）
 *  **并发清理**：清理死亡对象，用户线程不用暂停（不用STW）

整个过程，有两个步骤需要STW，而这两步又耗时最短，因此，CMS的SWT短  
![在这里插入图片描述][0bf9b767e63e43789be2eda73a0d5a64.png]

> CMS的缺点：

*  **内存碎片化问题**：标记清除算法下产生的，CMS垃圾回收器会在Full GC后进行碎片整理，此过程STW

//调整多少次Full GC后进行整理
    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=N 参数（默认0）

*  **浮动垃圾问题**：最后一步并发清理的时候，用户线程可能又产生了垃圾，这些只能等下波了
 *  **退化问题**：老年代内存不足时，会退化为Serial Old
 *  **线程资源争抢问题**：一定的CPU核数下，并发时，CMS标记或清理线程多了，其余执行用户代码的线程就少了（CMS并发线程数可设置）

![在这里插入图片描述][43127588c1454f7282c3fb6783461cb0.png]  
![在这里插入图片描述][70871f8339b44f9eba5bbeb8b1d16330.png]

基于以上缺点，JDK14后废弃CMS。添加JVM参数：

-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC

新老两块的回收器搭配就是ParNew + CMS

## 5、Parallel Scavenge + Parallel Old ##

Parallel Scavenge：

*  **JDK8默认**的年轻代垃圾回收器
 *  多线程并行回收，关注吞吐量（用户代码执行时间/用户时间+GC时间）
 *  可**自动调整堆的大小**
 *  算法：复制算法
 *  优点：吞吐量高且开发者可控吞吐（JVM动态调整堆的大小来满足设置的吞吐）
 *  缺点：不保证单次停顿时间（STW不保证）
 *  场景：用于大数据的处理、大文件的导出（和用户没交互，容易产生大量对象）

![在这里插入图片描述][e7cc6af15bc44bde973707f343169feb.png]

Parallel Old：

*  Parallel Scavenge的老年代版本
 *  依旧多线程
 *  算法：标记清除、整理

![在这里插入图片描述][5badf331d22442e4886f4a82e1373713.png]

添加如下JVM参数，可以使用Parallel Scavenge + Parallel Old组合：

-XX:+UseParallelGC 或
    -XX:+UseParallelOldGC

最大暂停时间参数：

//毫秒
    -XX:MaxGCPauseMillis=n

吞吐的设置：

-XX:GCTimeRatio=n
    //吞吐为n，则用户线程执行时间 = n/n + 1，n=99，则99%的时间执行用户代码

开启自动调整内存大小（默认）：

//JVM根据吞吐和STW最大时间自动调整堆大小
    -XX:+UseAdaptiveSizePolicy

注意最大时间和吞吐两项是矛盾的，最大暂停时间极小，吞吐量又设置很大，后者可能得不到保证。添加如下JVM参数，程序启动的时候，打印所有配置项的值：

-XX:+PrintFlagsFinal

指定使用PS+PO组合，看下他们的默认配置：发现默认吞吐为99，即用户线程执行99%的时间，执行GC时间占1%，最大暂停时间则很大，相当于没有设置

![在这里插入图片描述][0c9942dd1f7e40e2bd04eb448621b7cb.png]

![在这里插入图片描述][b89d3b7450374e7bae9055264866b9bf.png]

![在这里插入图片描述][806dc2b7759d455e93f9799e0bef8955.png]

PS：

//终端执行以下指令，打印默认参数配置项
    java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

![在这里插入图片描述][7055586d70aa46a881cd8163e1074bee.png]

## 6、G1垃圾回收器 ##

关于G1：

*  G1，Garbage First，作用于年轻代+老年代
 *  JDK9之后的默认垃圾回收器
 *  支持多CPU并行垃圾回收
 *  可设置最大停顿时间（最大的STW）
 *  算法：复制算法

优点：

*  巨大的堆空间下回收也有高吞吐
 *  不会产生内存碎片

缺点：

*  JDK8之前带的G1还不够完善

G1前，堆内存的划分是连续的

![在这里插入图片描述][062c83a9206145f5bc1f2d2398fc36e6.png]

G1下，堆被分为一块块大小相等的区Region：

*  划分不再要求连续，比如下面两部分绿色的Eden
 *  每块面积默认 = 堆空间大小/2048
 *  `-XX:G1HeapRegionSize=32m`可设置每块的大小，但值必须为2次幂，且在1~32之间（2、4、8、16、32）
 *  相对应的回收：年轻代回收（Young GC）、混合回收（Mixed GC）

![在这里插入图片描述][89a5e44e81be4714a106606f27e6e566.png]

使用G1需要添加JVM参数（JDK9及以后版本不用):

-XX:+UseG1GC

设置最大暂停时间：

-XX:MaxGCPauseMillis=毫秒值

## 7、G1的回收流程：Young GC ##

*  对象新new出来依旧安置到年轻代的Eden区
 *  G1判断出年轻代超过堆的max值（默认60%）时，触发Young GC
 *  标记Eden + 幸存区的存活对象
 *  根据开发者配置的最大暂停时间，选择性的将其中某一部分区域A中存活对象复制到新的幸存者区（对象头年龄+1），清空区域A

![在这里插入图片描述][c0f34f69a4bc43668bbb15d6d1c47648.png]

> ⚫ 这个选择一部分区域的实现思路是：G1下的Young GC，会记录回收每个区Region（Eden和幸存者区）的平均耗时，做为下次回收的依据，**默认-XX:MaxGCPauseMillis=200，如果计算每块Region平均耗时为40ms，则每次触发Young GC时，就最多干掉四块**

*  后续再触发GC，就是把Eden和上次的S区存活对象复制到另一块S区
 *  某个对象年龄到达阈值（默认15），依旧放入老年代
 *  此外，对象大小超过50%的Region空间时，直接进老年代（这类特殊的老年代叫Humongous区）

![在这里插入图片描述][b1ed80ce5cf9442a8441af09e4b11c81.png]

*  多次回收后，当堆的使用率达到阈值，触发混合回收MixedGC，用复制算法回收一轮所有年轻代、部分老年代、大对象区

//阈值默认45%，可改
    -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent默认45%

![在这里插入图片描述][dd91c047ed2f409cb70423c25cb9e732.png]

## 8、G1的回收流程：Mixed GC ##

*  初始标记（initial mark）
 *  并发标记（concurrent mark）
 *  最终标记（remark或者Finalize Marking）
 *  并发清理（cleanup）  
    ![在这里插入图片描述][8cc5bfe8840a4a88ac0b0e2173de01bf.png]

注意和CMS的区别，流程像，但干的活儿不一样，且最后清理时，采用的算法也不一样。此外，G1对老年代的清理会选择存活度最低的区域来进行回收，以保证回收效率。

![在这里插入图片描述][587d792ac2794ca885ae25554bd19f50.png]

最后，因为清理是复制算法，如果清理时发现没有空Region去存放转移的对象（没地儿复制了），则转为单线程执行标记-整理算法进行Full GC，此时会导致用户线程的暂停。

![在这里插入图片描述][f6e766fd359b430f9a0841fabd414bae.png]

## 9、回收器的选择 ##

JDK8及之前：

*  关注暂停时间：选ParNew + CMS
 *  关注吞吐：Parallel Scavenge + Parallel Old

JDK9及以后：

*  G1，适用较大堆并且关注暂停时间

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