虚拟机研究系列-了解GC回收器参数

概述

Java堆内存被划分为新生代和年老代两部分,新生代主要使用标记-复制标记-清除垃圾回收算法,年老代主要使用标记-整理垃圾回收算法,因此java虚拟中针对新生代和年老代分别提供了多种不同的垃圾收集器。

常见垃圾收集器介绍

新生代收集器

Serial垃圾收集器

  • Serial是最基本、历史最悠久的垃圾收集器,使用复制算法,曾经是JDK1.3.1之前新生代唯一的垃圾收集器

  • Serial是一个单线程的收集器,它只会使用一个CPU或一条线程去完成垃圾收集工作,并且在进行垃圾收集的同时,必须暂停其他所有的工作线程,直到垃圾收集结束。

  • Serial垃圾收集器虽然在收集垃圾过程中需要暂停所有其他的工作线程,但是它简单高效,对于限定单个CPU环境来说,没有线程交互的开销,可以获得最高的单线程垃圾收集效率,因此Serial垃圾收集器依然是java虚拟机运行在Client模式下默认的新生代垃圾收集器。

ParNew垃圾收集器

  • ParNew垃圾收集器其实是Serial收集器的多线程版本,也使用复制算法,除了使用多线程进行垃圾收集之外,其余的行为和Serial收集器完全一样,ParNew垃圾收集器在垃圾收集过程中同样也要暂停所有其他的工作线程 。

  • ParNew收集器默认开启和CPU数目相同的线程数(8核以上为(Ncpu5+3)/8 )*,通过-XX:ParallelGCThreads 来限制垃圾收集器的线程数。

  • ParNew虽然是除了多线程外和Serial收集器几乎完全一样,但是ParNew垃圾收集器是很多java虚拟机运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。

Parallel Scavenge收集器

  • Parallel Scavenge收集器也是一个新生代垃圾收集器,同样使用复制算法,也是一个多线程的垃圾收集器

  • 重点关注的是程序达到一个可控制的吞吐量(Thoughput,CPU用于运行用户代码的时间/CPU总消耗时间,即吞吐量 = 运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间))

  • 高吞吐量可以最高效率地利用CPU时间和使用率,尽快地完成程序的运算任务,主要适用于在后台运算而不需要太多交互的任务

Parallel Scavenge收集器提供了两个参数用于精准控制吞吐量:

  • -XX:MaxGCPauseMillis:控制最大垃圾收集停顿时间,是一个大于0的毫秒数。
  • -XX:GCTimeRadio:直接设置吞吐量大小,是一个大于0小于100的整数,也就是程序运行时间占总时间的比率,默认值是99,即垃圾收集运行最大1% =(1/(1+99))的垃圾收集时间。

Parallel Scavenge是吞吐量优先的垃圾收集器,它还提供一个参数:

  • -XX:+UseAdaptiveSizePolicy,这是个开关参数,打开之后就不需要手动指定新生代大小(-Xmn)、Eden与Survivor区的比例(-XX:SurvivorRation)。

新生代晋升年老代对象年龄(-XX:PretenureSizeThreshold)等细节参数,虚拟机会根据当前系统运行情况收集性能监控信息,动态调整这些参数以达到最大吞吐量,这种方式称为GC自适应调节策略,自适应调节策略也是ParallelScavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别。


老年代收集器

Serial Old收集器

Serial Old是Serial垃圾收集器年老代版本,它同样是个单线程的收集器,使用标记-整理算法,这个收集器也主要是运行在Client默认的java虚拟机默认的年老代垃圾收集器。

在Server模式下,主要有两个用途:

  • 在JDK1.5之前版本中与新生代的Parallel Scavenge收集器搭配使用
  • 作为年老代中使用CMS收集器的后备垃圾收集方案
新生代Serial与年老代Serial Old搭配垃圾收集过程图:
image.png
  • 新生代Parallel Scavenge收集器与ParNew收集器工作原理类似,都是多线程的收集器,都使用的是复制算法,在垃圾收集过程中都需要暂停所有的工作线程。
新生代Parallel Scavenge/ParNew与年老代Serial Old搭配垃圾收集过程图:
image.png

Parallel Old收集器

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge的年老代版本,使用多线程的标记-整理算法,在JDK1.6才开始提供。在JDK1.6之前,新生代使用Parallel Scavenge收集器只能搭配年老代的Serial Old收集器,只能保证新生代的吞吐量优先。无法保证整体的吞吐量,Parallel Old正是为了在年老代同样提供吞吐量优先的垃圾收集器,如果系统对吞吐量要求比较高,可以优先考虑新生代Parallel Scavenge和年老代Parallel Old收集器的搭配策略

新生代Parallel Scavenge和年老代Parallel Old收集器搭配运行过程图:
image.png

CMS收集器

Concurrent mark sweep(CMS)收集器是一种年老代垃圾收集器,其最主要目标是获取最短垃圾回收停顿时间,和其他年老代使用标记-整理算法不同,它使用多线程的标记-清除算法。

最短的垃圾收集停顿时间可以为交互比较高的程序提高用户体验,CMS收集器是Sun HotSpot虚拟机中第一款真正意义上并发垃圾收集器,它第一次实现了让垃圾收集线程和用户线程同时工作。

CMS工作机制相比其他的垃圾收集器来说更复杂,整个过程分为以下4个阶段:

(1)初始标记:只是标记一下GC Roots能直接关联的对象,速度很快,仍然需要暂停所有的工作线程STW。

(2)并发标记:进行GC Roots跟踪的过程,和用户线程一起工作,不需要暂停工作线程。

(3)重新标记:为了修正在并发标记期间,因用户程序继续运行而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录,仍然需要暂停所有的工作线程。STW

(4)并发清除:清除GC Roots不可达对象,和用户线程一起工作,不需要暂停工作线程。

由于耗时最长的并发标记和并发清除过程中,垃圾收集线程可以和用户现在一起并发工作,所以总体上来看CMS收集器的内存回收和用户线程是一起并发地执行

初始化标记->并发标记(追踪)—>重新标记(纠错)—>并发清除(清除GC对象)

CMS收集器工作过程:
image

CMS收集器有以下三个不足:

  • (1)CMS收集器对CPU资源非常敏感,其默认启动的收集线程数=(CPU数量+3)/4,在用户程序本来CPU负荷已经比较高的情况下,如果还要分出CPU资源用来运行垃圾收集器线程,会使得CPU负载加重

  • (2)CMS无法处理浮动垃圾(Floating Garbage)可能会导致Concurrent ModeFailure失败而导致另一次Full GC由于CMS收集器和用户线程并发运行,因此在收集过程中不断有新的垃圾产生,这些垃圾出现在并发清除的阶段,CMS无法在本次收集中处理掉它们,只好等待下一次GC时再将其清理掉,这些垃圾就称为浮动垃圾。

CMS垃圾收集器不能像其他垃圾收集器那样等待年老代机会完全被填满之后再进行收集,需要预留一部分空间供并发收集时的使用,可以通过参数- XX:CMSInitiatingOccupancyFraction来设置年老代空间达到多少的百分比时触发CMS进行垃圾收集,默认是68%。如果在CMS运行期间,预留的内存无法满足程序需要,就会出现一次ConcurrentMode Failure失败,此时虚拟机将启动预备方案,使用Serial Old收集器重新进行年老代垃圾回收。

  • (3)CMS收集器产生内存碎片,因此不可避免会产生大量不连续的内存碎片,如果无法找到一块足够大的连续内存存放对象时,将会触发因此Full GC。CMS提供一个开关参数

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection,用于指定在Full GC之后进行内存整理,内存整理会使得垃圾收集停顿时间变长,CMS提供了另外一个参数。

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction,用于设置在执行多少次不压缩的Full GC之后,跟着再来一次内存整理。

G1收集器

Garbage first垃圾收集器是java11之前垃圾收集器理论发展的最前沿成果,相比与CMS收集器,G1收集器两个最突出的改进是:

  • (1)基于标记-整理算法,不产生内存碎片。
  • (2)可以非常精确控制停顿时间,在不牺牲吞吐量前提下,实现低停顿垃圾回收。

G1收集器避免全区域垃圾收集,它把堆内存划分为大小固定的几个独立区域,并且跟踪这些区域的垃圾收集进度,同时在后台维护一个优先级列表,每次根据所允许的收集时间,优先回收垃圾最多的区域。区域划分和优先级区域回收机制,确保G1收集器在有限时间获得最高的垃圾收集效率

相关参数

Java虚拟机常用的垃圾收集器相关参数如下:

  • UseSerialGC:虚拟机运行在Client模式的默认值,打开此开关参数后,使用Serial+Serial Old收集器组合进行垃圾收集。
  • UseParNewGC:打开此开关参数后,使用ParNew+Serial Old收集器组合进行垃圾收集。
  • UseConcMarkSweepGC:打开此开关参数后,使用ParNew+CMS+Serial Old收集器组合进行垃圾收集。Serial Old作为CMS收集器出现Concurrent Mode Failure的备用垃圾收集器
  • UseParallelGC:虚拟机运行在Server模式的默认值,打开此开关参数后,使用Parallel Scavenge+Serial Old收集器组合进行垃圾收集。
  • UseParallelOldGC:打开此开关参数后,使用Parallel Scavenge+Parallel Old收集器组合进行垃圾收集。

  • SurvivorRadio:新生代内存中Eden区域与Survivor区域容量比值,默认是8,即Eden:Survivor=8:1.

  • PretenureSizeThreshold(对象大小): 直接晋升到年老代的对象大小,设置此参数后,超过该大小的对象直接在年老代中分配内存。

  • MaxTenuringThreshold(MiniorGc次数):直接晋升到年老代的对象年龄,每个对象在一次Minor GC之后还存活,则年龄加1,当年龄超过该值时进入年老代。默认15

  • UseAdaptiveSizePolicy:java虚拟机动态自适应策略,动态调整年老代对象年龄和各个区域大小。

  • HandlePromotionFailure:是否允许担保分配内存失败,即整个年老代空间不足,而整个新生代中Eden和Survivor对象都存活的极端情况。

  • ParallelGCThreads:设置并行GC时进行内存回收的线程数。

  • GCTimeRadio:Parallel Scavenge收集器运行时间占总时间比率。

  • MaxGCPauseMillis:Parallel Scavenge收集器最大GC停顿时间。

  • CMSInitiatingOccupancyFraction:设置CMS收集器在年老代空间被使用多少百分比之后触发垃圾收集,默认是68%,java8之后编程92%。

  • UseCMSCompactAtFullCollection:设置CMS收集器在完成垃圾收集之后是否进行一次内存整理。

  • CMSFullGCsBeforeCompaction:设置CMS收集器在进行多少次垃圾收集之后才进行一次内存整理。

阅读CG日志

-XX:+PrintGCDetails:参数可以打印垃圾收集器的日志信息。
-verbose:gc:可以查看Java虚拟机垃圾收集结果。

但虚拟机设计者为了方便用户阅读,将各个收集器的日志都维持一定的共性,例如以下两段典型的GC日志:

33.125:[GC[DefNew:3324K->152K(3712K),0.0025925 secs] 3324K->152K(11904K),0.0031680secs]

100.667:[Full GC[Tenured:0K->210K(10240K),0.0149142 secs] 4603K->210K(19456K),

[Perm:2999K->2999K(21248K)],0.0150007secs][Times:user=0.01 sys=0.00,real=0.02 secs]

第一部分:

最前面的数字“33.125:”和“100.667:”代表了GC发生的时间,这个数字的含义是从Java虚拟机启动以来经过的秒数。

GC日志开头的“[GC”和“[Full GC”说明了这次垃圾收集的停顿类型,而不是用来区分新生代GC还是老年代GC的。 如果有“Full”,说明这次GC是发生了Stop-The-World的(即暂停其他所有线程)。

例如下面

[Full GC 283.736:[ParNew:261599K->261599K(261952K),0.0000288 secs]

这段新生代收集器ParNew的日志也会出现“[Full GC”(这一般是因为出现了分配担保失败之类的问题,所以才导致STW)。 如果是调用System.gc()方法所触发的收集,那么在这里将显示“[Full GC(System)”。

第二部分:

接下来的“[DefNew”、 “[Tenured”、 “[Perm”都表示GC发生的区域,这里显示的区域名称与使用的GC收集器是密切相关的,例如上面样例所使用的

  • Serial收集器中的新生代名为“Default New Generation”,所以显示的是“[DefNew”。
  • 如果是ParNew收集器,新生代名称就会变为“[ParNew”,意为“Parallel New Generation”。
  • 如果采用Parallel Scavenge收集器,那它配套的新生代称为“PSYoungGen”,老年代和永久代同理,名称也是由收集器决定的。

第三部分:

后面方括号内部的“3324K->152K(3712K)”含义是“GC前该内存区域已使用容量->GC后该内存区域已使用容量(该内存区域总容量)”。而在方括号之外的“3324K->152K(11904K)”表示“GC前Java堆已使用容量->GC后Java堆已使用容量(Java堆总容量)”。

第四部分:

再往后,“0.0025925 secs”表示该内存区域GC所占用的时间,单位是秒。有的收集器会给出更具体的时间数据,如“[Times:user=0.01 sys=0.00,real=0.02 secs]”,这里面的user、sys和real与Linux的time命令所输出的时间含义一致,分别代表用户态消耗的CPU时间、内核态消耗的CPU事件和操作从开始到结束所经过的墙钟时间(Wall Clock Time)。

CPU时间与墙钟时间的区别是,墙钟时间包括各种非运算的等待耗时,例如等待磁盘I/O、等待线程阻塞,而CPU时间不包括这些耗时,但当系统有多CPU或者多核的话,多线程操作会叠加这些CPU时间,所以读者看到user或sys时间超过real时间是完全正常的。

最后编辑于
©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 序言:七十年代末,一起剥皮案震惊了整个滨河市,随后出现的几起案子,更是在滨河造成了极大的恐慌,老刑警刘岩,带你破解...
    沈念sama阅读 213,752评论 6 493
  • 序言:滨河连续发生了三起死亡事件,死亡现场离奇诡异,居然都是意外死亡,警方通过查阅死者的电脑和手机,发现死者居然都...
    沈念sama阅读 91,100评论 3 387
  • 文/潘晓璐 我一进店门,熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来,“玉大人,你说我怎么就摊上这事。” “怎么了?”我有些...
    开封第一讲书人阅读 159,244评论 0 349
  • 文/不坏的土叔 我叫张陵,是天一观的道长。 经常有香客问我,道长,这世上最难降的妖魔是什么? 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 57,099评论 1 286
  • 正文 为了忘掉前任,我火速办了婚礼,结果婚礼上,老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己,他们只是感情好,可当我...
    茶点故事阅读 66,210评论 6 385
  • 文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着,像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上,一...
    开封第一讲书人阅读 50,307评论 1 292
  • 那天,我揣着相机与录音,去河边找鬼。 笑死,一个胖子当着我的面吹牛,可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播,决...
    沈念sama阅读 39,346评论 3 412
  • 文/苍兰香墨 我猛地睁开眼,长吁一口气:“原来是场噩梦啊……” “哼!你这毒妇竟也来了?” 一声冷哼从身侧响起,我...
    开封第一讲书人阅读 38,133评论 0 269
  • 序言:老挝万荣一对情侣失踪,失踪者是张志新(化名)和其女友刘颖,没想到半个月后,有当地人在树林里发现了一具尸体,经...
    沈念sama阅读 44,546评论 1 306
  • 正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡,尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 36,849评论 2 328
  • 正文 我和宋清朗相恋三年,在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 39,019评论 1 341
  • 序言:一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡,死状恐怖,灵堂内的尸体忽然破棺而出,到底是诈尸还是另有隐情,我是刑警宁泽,带...
    沈念sama阅读 34,702评论 4 337
  • 正文 年R本政府宣布,位于F岛的核电站,受9级特大地震影响,放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜,却给世界环境...
    茶点故事阅读 40,331评论 3 319
  • 文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹,春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 31,030评论 0 21
  • 文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至,却和暖如春,着一层夹袄步出监牢的瞬间,已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 32,260评论 1 267
  • 我被黑心中介骗来泰国打工, 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留,地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 46,871评论 2 365
  • 正文 我出身青楼,却偏偏与公主长得像,于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子,可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 43,898评论 2 351

推荐阅读更多精彩内容