手机微信网站模板,91卫星地图手机版下载官网,经典品牌推广文案,免费网站流量统计目录 垃圾回收器
评估GC的性能指标
7种典型的垃圾回收器
Serial回收器#xff1a;串行回收
ParNew回收器#xff1a;并行回收
Parallel回收器#xff1a;吞吐量优先
CMS回收器#xff1a;低延迟
G1回收器#xff1a;区域化分代式
G1回收过程1-年轻代GC
G1回收过程…目录 垃圾回收器
评估GC的性能指标
7种典型的垃圾回收器
Serial回收器串行回收
ParNew回收器并行回收
Parallel回收器吞吐量优先
CMS回收器低延迟
G1回收器区域化分代式
G1回收过程1-年轻代GC
G1回收过程二并发标记过程
G1回收过程三混合回收
G1回收可选的过程四Full GC
G1回收器优化建议
ZGC回收器
一、ZGC概念
二、ZGC核心算法
垃圾回收器总结
GC日志分析 垃圾回收器
评估GC的性能指标 吞吐量运行用户代码的时间占总运行时间的比例总运行时间 程序的运行时间 内存回收的时间 内存占用Java堆区所占的内存大小。 暂停时间执行垃圾收集时程序的工作线程被暂停的时间。 收集频率相对于应用程序的执行收集操作发生的频率。 垃圾收集开销吞吐量的补数垃圾收集所用时间与总运行时间的比例。 快速一个对象从诞生到被回收所经历的时间。
吞吐量、暂停时间、内存占用 这三者共同构成一个“不可能三角”。三者总体的表现会随着技术进步而越来越好。一款优秀的收集器通常最多同时满足其中的两项。
这三项里暂停时间的重要性日益凸显。因为随着硬件发展内存占用多些越来越能容忍硬件性能的提升也有助于降低收集器运行时对应用程序的影响及提高了吞吐量。而内存的扩大对延迟反而带来负面效果。
简单来说主要抓住两点吞吐量、暂停时间
吞吐量
吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值即吞吐量 运行用户代码时间 /运行用户代码时间垃圾收集时间。比如虚拟机总共运行了100分钟其中垃圾收集花掉1分钟那吞吐量就是99%。
这种情况下应用程序能容忍较高的暂停时间因此高吞吐量的应用程序有更长的时间基准快速响应是不必考虑的
吞吐量优先意味着在单位时间内STW的时间最短。
暂停时间
“暂停时间”是指一个时间段内应用程序线程暂停让GC线程执行的状态。
例如GC期间100毫秒的暂停时间意味着在这100毫秒期间内没有应用程序线程是活动的。
暂停时间优先意味着尽可能让单次STW的时间最短。
吞吐量 VS 暂停时间
高吞吐量较好因为这会让应用程序的最终用户感觉只有应用程序线程在做“生产性”工作。直觉上吞吐量越高程序运行越快。
低暂停时间低延迟较好因为从最终用户的角度来看不管是GC还是其他原因导致一个应用被挂起始终是不好的。这取决于应用程序的类型有时候甚至短暂的200毫秒暂停都可能打断终端用户体验。因此具有低的较大暂停时间是非常重要的特别是对于一个交互式应用程序。
不幸的是”高吞吐量”和”低暂停时间”是一对相互竞争的目标矛盾。 因为如果选择以吞吐量优先那么必然需要降低内存回收的执行频率但是这样会导致GC需要更长的暂停时间来执行内存回收。 相反的如果选择以低延迟优先为原则那么为了降低每次执行内存回收时的暂停时间也只能频繁地执行内存回收但这又引起了年轻代内存的缩减和导致程序吞吐量的下降。
在设计或使用GC算法时我们必须确定我们的目标一个GC算法只可能针对两个目标之一即只专注于较大吞吐量或最小暂停时间或尝试找到一个二者的折衷。
现在标准在最大吞吐量优先的情况下降低停顿时间 7种典型的垃圾回收器 串行回收器Serial、Serial Old 并行回收器ParNew、Parallel Scavenge、Parallel old 并发回收器CMS、G1 新生代收集器Serial、ParNew、Parallel Scavenge 老年代收集器Serial Old、Parallel Old、CMS 整堆收集器G1
垃圾收集器之间的组合关系 两个收集器间有连线表明它们可以搭配使用Serial/Serial Old、Serial/CMS、ParNew/Serial Old、ParNew/CMS、Parallel Scavenge/Serial Old、Parallel Scavenge/Parallel Old、G1 其中Serial Old作为CMS出现Concurrent Mode Failure失败的后备预案。 红色虚线由于维护和兼容性测试的成本在JDK 8时将SerialCMS、ParNewSerial Old这两个组合声明为废弃JEP173并在JDK9中完全取消了这些组合的支持JEP214即移除。 绿色虚线JDK14中弃用Parallel Scavenge和Serialold GC组合JEP366 绿色虚框JDK14中删除CMS垃圾回收器JEP363
为什么要有很多收集器一个不够吗因为Java的使用场景很多移动端服务器等。所以就需要针对不同的场景提供不同的垃圾收集器提高垃圾收集的性能。
虽然我们会对各个收集器进行比较但并非为了挑选一个最好的收集器出来。没有一种放之四海皆准、任何场景下都适用的完美收集器存在更加没有万能的收集器。所以我们选择的只是对具体应用最合适的收集器。
查看默认的垃圾回收器
-XX:PrintCommandLineFlags查看命令行相关参数包含使用的垃圾收集器
使用命令行指令jinfo -flag 相关垃圾回收器参数 进程ID
Serial回收器串行回收
Serial收集器是最基本、历史最悠久的垃圾收集器了。JDK1.3之前回收新生代唯一的选择。
Serial收集器作为HotSpot中client模式下的默认新生代垃圾收集器。
Serial收集器采用复制算法、串行回收和stop-the-World机制的方式执行内存回收。
除了年轻代之外Serial收集器还提供用于执行老年代垃圾收集的Serial Old收集器。Serial Old收集器同样也采用了串行回收和Stop the World机制只不过内存回收算法使用的是标记-压缩算法。 Serial old是运行在Client模式下默认的老年代的垃圾回收器 Serial 0ld在Server模式下主要有两个用途① 与新生代的Parallel scavenge配合使用 ② 作为老年代CMS收集器的后备垃圾收集方案 这个收集器是一个单线程的收集器但它的“单线程”的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作更重要的是在它进行垃圾收集时必须暂停其他所有的工作线程直到它收集结束Stop The World
优势简单而高效与其他收集器的单线程比对于限定单个CPU的环境来说Serial收集器由于没有线程交互的开销专心做垃圾收集自然可以获得最高的单线程收集效率。运行在Client模式下的虚拟机是个不错的选择。
在用户的桌面应用场景中可用内存一般不大几十MB至一两百MB可以在较短时间内完成垃圾收集几十ms至一百多ms只要不频繁发生使用串行回收器是可以接受的。
在HotSpot虚拟机中使用-XX:UseSerialGC参数可以指定年轻代和老年代都使用串行收集器。等价于新生代用Serial GC且老年代用Serial Old GC
总结这种垃圾收集器大家了解就行现在已经不用串行的了。而且在限定单核cpu才可以用。现在都不是单核的了。
对于交互较强的应用而言这种垃圾收集器是不能接受的。一般在Java web应用程序中是不会采用串行垃圾收集器的。
ParNew回收器并行回收
如果说Serial GC是年轻代中的单线程垃圾收集器那么ParNew收集器则是Serial收集器的多线程版本。Par是Parallel的缩写New只能处理的是新生代
ParNew 收集器除了采用并行回收的方式执行内存回收外两款垃圾收集器之间几乎没有任何区别。ParNew收集器在年轻代中同样也是采用复制算法、Stop-the-World机制。
ParNew 是很多JVM运行在Server模式下新生代的默认垃圾收集器。 对于新生代回收次数频繁使用并行方式高效。 对于老年代回收次数少使用串行方式节省资源。CPU并行需要切换线程串行可以省去切换线程的资源
由于ParNew收集器是基于并行回收那么是否可以断定ParNew收集器的回收效率在任何场景下都会比serial收集器更高效 ParNew 收集器运行在多CPU的环境下由于可以充分利用多CPU、多核心等物理硬件资源优势可以更快速地完成垃圾收集提升程序的吞吐量。 但是在单个CPU的环境下ParNew收集器不比Serial 收集器更高效。虽然Serial收集器是基于串行回收但是由于CPU不需要频繁地做任务切换因此可以有效避免多线程交互过程中产生的一些额外开销。
因为除Serial外目前只有ParNew GC能与CMS收集器配合工作
在程序中开发人员可以通过选项-XX:UseParNewGC手动指定使用ParNew收集器执行内存回收任务。它表示年轻代使用并行收集器不影响老年代。
-XX:ParallelGCThreads限制线程数量默认开启和CPU数据相同的线程数。
Parallel回收器吞吐量优先
HotSpot的年轻代中除了拥有ParNew收集器是基于并行回收的以外Parallel Scavenge收集器同样也采用了复制算法、并行回收和Stop the World机制。
那么Parallel 收集器的出现是否多此一举 和ParNew收集器不同ParallelScavenge收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量Throughput它也被称为吞吐量优先的垃圾收集器。 自适应调节策略也是Parallel Scavenge与ParNew一个重要区别。
高吞吐量则可以高效率地利用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。因此常见在服务器环境中使用。例如那些执行批量处理、订单处理、工资支付、科学计算的应用程序。
Parallel 收集器在JDK1.6时提供了用于执行老年代垃圾收集的Parallel Old收集器用来代替老年代的Serial Old收集器。
Parallel Old收集器采用了标记-压缩算法同样也是基于并行回收和Stop-the-World机制。 在程序吞吐量优先的应用场景中Parallel 收集器和Parallel Old收集器的组合在Server模式下的内存回收性能很不错。在Java8中默认是此垃圾收集器。
参数配置 -XX:UseParallelGC 手动指定年轻代使用Parallel并行收集器执行内存回收任务。 -XX:UseParallelOldGC 手动指定老年代都是使用并行回收收集器。 分别适用于新生代和老年代。默认jdk8是开启的。 上面两个参数默认开启一个另一个也会被开启。互相激活 -XX:ParallelGCThreads 设置年轻代并行收集器的线程数。一般地最好与CPU数量相等以避免过多的线程数影响垃圾收集性能。 -XX:MaxGCPauseMillis 设置垃圾收集器最大停顿时间即STw的时间。单位是毫秒。 为了尽可能地把停顿时间控制在MaxGCPauseMills以内收集器在工作时会调整Java堆大小或者其他一些参数。 对于用户来讲停顿时间越短体验越好。但是在服务器端我们注重高并发整体的吞吐量。所以服务器端适合Parallel进行控制。 该参数使用需谨慎。 -XX:GCTimeRatio 垃圾收集时间占总时间的比例1/N1。用于衡量吞吐量的大小。 取值范围0, 100。默认值99也就是垃圾回收时间不超过1%。 与前一个-XX:MaxGCPauseMillis参数有一定矛盾性。暂停时间越长Radio参数就容易超过设定的比例。 -XX:UseAdaptivesizePolicy 设置Parallel Scavenge收集器具有自适应调节策略 在这种模式下年轻代的大小、Eden和Survivor的比例、晋升老年代的对象年龄等参数会被自动调整已达到在堆大小、吞吐量和停顿时间之间的平衡点。 在手动调优比较困难的场合可以直接使用这种自适应的方式仅指定虚拟机的最大堆、目标的吞吐量GCTimeRatio和停顿时间MaxGCPauseMills让虚拟机自己完成调优工作。
CMS回收器低延迟
在JDK1.5时期Hotspot推出了一款在强交互应用中几乎可认为有划时代意义的垃圾收集器CMSConcurrent-Mark-Sweep收集器这款收集器是HotSpot虚拟机中第一款真正意义上的并发收集器它第一次实现了让垃圾收集线程与用户线程同时工作。
CMS收集器的关注点是尽可能缩短垃圾收集时用户线程的停顿时间。停顿时间越短低延迟就越适合与用户交互的程序良好的响应速度能提升用户体验。 目前很大一部分的Java应用集中在互联网站或者B/S系统的服务端上这类应用尤其重视服务的响应速度希望系统停顿时间最短以给用户带来较好的体验。CMS收集器就非常符合这类应用的需求。
CMS的垃圾收集算法采用标记-清除算法并且也会Stop-the-World
不幸的是CMS作为老年代的收集器却无法与JDK1.4.0中已经存在的新生代收集器Parallel Scavenge配合工作所以在JDK1.5中使用CMS来收集老年代的时候新生代只能选择ParNew或者Serial收集器中的一个。
在G1出现之前CMS使用还是非常广泛的。一直到今天仍然有很多系统使用CMS GC。 CMS整个过程比之前的收集器要复杂整个过程分为4个主要阶段即初始标记阶段、并发标记阶段、重新标记阶段和并发清除阶段 初始标记Initial-Mark阶段在这个阶段中程序中所有的工作线程都将会因为“Stop-the-World”机制而出现短暂的暂停这个阶段的主要任务仅仅只是标记出GCRoots能直接关联到的对象。一旦标记完成之后就会恢复之前被暂停的所有应用线程。由于直接关联对象比较小所以这里的速度非常快。 并发标记Concurrent-Mark阶段从GC Roots的直接关联对象开始遍历整个对象图的过程这个过程耗时较长但是不需要停顿用户线程可以与垃圾收集线程一起并发运行。 重新标记Remark阶段由于在并发标记阶段中程序的工作线程会和垃圾收集线程同时运行或者交叉运行因此为了修正并发标记期间因用户程序继续运作而导致标记产生变动的那一部分对象的标记记录这个阶段的停顿时间通常会比初始标记阶段稍长一些但也远比并发标记阶段的时间短。 并发清除Concurrent-Sweep阶段此阶段清理删除掉标记阶段判断的已经死亡的对象释放内存空间。由于不需要移动存活对象所以这个阶段也是可以与用户线程同时并发的
尽管CMS收集器采用的是并发回收非独占式但是在其初始化标记和再次标记这两个阶段中仍然需要执行“Stop-the-World”机制暂停程序中的工作线程不过暂停时间并不会太长因此可以说明目前所有的垃圾收集器都做不到完全不需要“stop-the-World”只是尽可能地缩短暂停时间。
由于最耗费时间的并发标记与并发清除阶段都不需要暂停工作所以整体的回收是低停顿的。
另外由于在垃圾收集阶段用户线程没有中断所以在CMS回收过程中还应该确保应用程序用户线程有足够的内存可用。因此CMS收集器不能像其他收集器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行收集而是当堆内存使用率达到某一阈值时便开始进行回收以确保应用程序在CMS工作过程中依然有足够的空间支持应用程序运行。要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序需要就会出现一次“Concurrent Mode Failure” 失败这时虚拟机将启动后备预案临时启用Serial Old收集器来重新进行老年代的垃圾收集这样停顿时间就很长了。
CMS收集器的垃圾收集算法采用的是标记清除算法这意味着每次执行完内存回收后由于被执行内存回收的无用对象所占用的内存空间极有可能是不连续的一些内存块不可避免地将会产生一些内存碎片。那么CMS在为新对象分配内存空间时将无法使用指针碰撞Bump the Pointer技术而只能够选择空闲列表Free List执行内存分配。
有人会觉得既然Mark Sweep会造成内存碎片那么为什么不把算法换成Mark Compact
答案其实很简单因为当并发清除的时候用Compact整理内存的话原来的用户线程使用的内存还怎么用呢要保证用户线程能继续执行前提的它运行的资源不受影响嘛。Mark Compact更适合“Stop the World” 这种场景下使用
CMS的优点 并发收集 低延迟
13.6.2. CMS的弊端 会产生内存碎片导致并发清除后用户线程可用的空间不足。在无法分配大对象的情况下不得不提前触发FullGC。 CMS收集器对CPU资源非常敏感。在并发阶段它虽然不会导致用户停顿但是会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢总吞吐量会降低。 CMS收集器无法处理浮动垃圾。可能出现“Concurrent Mode Failure失败而导致另一次Full GC的产生。在并发标记阶段由于程序的工作线程和垃圾收集线程是同时运行或者交叉运行的那么在并发标记阶段如果产生新的垃圾对象CMS将无法对这些垃圾对象进行标记最终会导致这些新产生的垃圾对象没有被及时回收从而只能在下一次执行GC时释放这些之前未被回收的内存空间。
参数配置 -XX:UseConcMarkSweepGC手动指定使用CMS收集器执行内存回收任务。 开启该参数后会自动将-xx:UseParNewGC打开。即ParNewYoung区用CMSOld区用 Serial Old的组合。 -XX:CMSInitiatingOccupanyFraction 设置堆内存使用率的阈值一旦达到该阈值便开始进行回收。 JDK5及以前版本的默认值为68即当老年代的空间使用率达到68%时会执行一次CMS回收。JDK6及以上版本默认值为92% 如果内存增长缓慢则可以设置一个稍大的值大的阀值可以有效降低CMS的触发频率减少老年代回收的次数可以较为明显地改善应用程序性能。反之如果应用程序内存使用率增长很快则应该降低这个阈值以避免频繁触发老年代串行收集器。因此通过该选项便可以有效降低Ful1Gc的执行次数。 -XX:UseCMSCompactAtFullCollection 用于指定在执行完Full GC后对内存空间进行压缩整理以此避免内存碎片的产生。不过由于内存压缩整理过程无法并发执行所带来的问题就是停顿时间变得更长了。 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设置在执行多少次Full GC后对内存空间进行压缩整理。 -XX:ParallelcMSThreads 设置CMS的线程数量。 CMS默认启动的线程数是ParallelGCThreads3/4ParallelGCThreads是年轻代并行收集器的线程数。当CPU资源比较紧张时受到CMS收集器线程的影响应用程序的性能在垃圾回收阶段可能会非常糟糕。
Serial GC、Parallel GC、Concurrent Mark Sweep GC这三个Gc有什么不同呢
请记住以下口令 如果你想要最小化地使用内存和并行开销请选Serial GC 如果你想要最大化应用程序的吞吐量请选Parallel GC 如果你想要最小化GC的中断或停顿时间请选CMS GC。 JDK9新特性CMS被标记为Deprecate了JEP291 如果对JDK9及以上版本的HotSpot虚拟机使用参数-XX: UseConcMarkSweepGC来开启CMS收集器的话用户会收到一个警告信息提示CMS未来将会被废弃。
JDK14新特性删除CMS垃圾回收器JEP363 移除了CMS垃圾收集器如果在JDK14中使用 -XX:UseConcMarkSweepGC的话JVM不会报错只是给出一个warning信息但是不会exit。JVM会自动回退以默认GC方式启动JVM G1回收器区域化分代式
G1(Garbage-First)是一款面向服务端应用的垃圾收集器,主要针对配备多核CPU及大容量内存的机器,以及高概率满足GC停顿时间的同时,还兼具高吞吐量的性能特征
在JDK1.7版本正式启用,是JDK 9以后的默认垃圾收集器,取代了CMS 回收器。
G1是一个并行回收器它把堆内存分割为很多不相关的区域Region物理上不连续的。使用不同的Region来表示Eden、幸存者0区幸存者1区老年代等。
G1 GC有计划地避免在整个Java堆中进行全区域的垃圾收集。G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值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价值最大的Region。
由于这种方式的侧重点在于回收垃圾最大量的区间Region所以我们给G1一个名字垃圾优先Garbage First。
G1回收器的特点
与其他GC收集器相比G1使用了全新的分区算法其特点如下所示
并行与并发 并行性G1在回收期间可以有多个GC线程同时工作有效利用多核计算能力。此时用户线程STW 并发性G1拥有与应用程序交替执行的能力部分工作可以和应用程序同时执行因此一般来说不会在整个回收阶段发生完全阻塞应用程序的情况
分代收集 从分代上看G1依然属于分代型垃圾回收器它会区分年轻代和老年代年轻代依然有Eden区和Survivor区。但从堆的结构上看它不要求整个Eden区、年轻代或者老年代都是连续的也不再坚持固定大小和固定数量。 将堆空间分为若干个区域Region这些区域中包含了逻辑上的年轻代和老年代。 和之前的各类回收器不同它同时兼顾年轻代和老年代。对比其他回收器或者工作在年轻代或者工作在老年代 空间整合 CMS“标记-清除”算法、内存碎片、若干次GC后进行一次碎片整理 G1将内存划分为一个个的region。内存的回收是以region作为基本单位的。Region之间是复制算法但整体上实际可看作是标记-压缩Mark-Compact算法两种算法都可以避免内存碎片。这种特性有利于程序长时间运行分配大对象时不会因为无法找到连续内存空间而提前触发下一次GC。尤其是当Java堆非常大的时候G1的优势更加明显。
可预测的停顿时间模型即软实时soft real-time
这是G1相对于CMS的另一大优势G1除了追求低停顿外还能建立可预测的停顿时间模型能让使用者明确指定在一个长度为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。 由于分区的原因G1可以只选取部分区域进行内存回收这样缩小了回收的范围因此对于全局停顿情况的发生也能得到较好的控制。 G1跟踪各个Region里面的垃圾堆积的价值大小回收所获得的空间大小以及回收所需时间的经验值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价值最大的Region。保证了G1收集器在有限的时间内可以获取尽可能高的收集效率。 相比于CMSGCG1未必能做到CMS在最好情况下的延时停顿但是最差情况要好很多。
G1垃圾收集器的缺点
相较于CMSG1还不具备全方位、压倒性优势。比如在用户程序运行过程中G1无论是为了垃圾收集产生的内存占用Footprint还是程序运行时的额外执行负载Overload都要比CMS要高。
从经验上来说在小内存应用上CMS的表现大概率会优于G1而G1在大内存应用上则发挥其优势。平衡点在6-8GB之间。
参数配置 -XX:UseG1GC手动指定使用G1垃圾收集器执行内存回收任务 -XX:G1HeapRegionSize 设置每个Region的大小。值是2的幂范围是1MB到32MB之间目标是根据最小的Java堆大小划分出约2048个区域。默认是堆内存的1/2000。 -XX:MaxGCPauseMillis 设置期望达到的最大GC停顿时间指标JVM会尽力实现但不保证达到。默认值是200ms人的平均反应速度 -XX:ParallelGCThread 设置STW工作线程数的值。最多设置为8上面说过Parallel回收器的线程计算公式当CPU_Count 8时ParallelGCThreads 也会大于8 -XX:ConcGCThreads 设置并发标记的线程数。将n设置为并行垃圾回收线程数ParallelGCThreads的1/4左右。 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 设置触发并发GC周期的Java堆占用率阈值。超过此值就触发GC。默认值是45。
G1收集器的常见操作步骤
G1的设计原则就是简化JVM性能调优开发人员只需要简单的三步即可完成调优 第一步开启G1垃圾收集器 第二步设置堆的最大内存 第三步设置最大的停顿时间
G1中提供了三种垃圾回收模式Young GC、Mixed GC和Full GC在不同的条件下被触发。
分区Region化整为零
使用G1收集器时它将整个Java堆划分成约2048个大小相同的独立Region块每个Region块大小根据堆空间的实际大小而定整体被控制在1MB到32MB之间且为2的N次幂即1MB2MB4MB8MB16MB32MB。可以通过-XX:G1HeapRegionSize设定。
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。通过Region的动态分配方式实现逻辑上的连续。 一个region有可能属于EdenSurvivor或者Old/Tenured内存区域。但是一个region只可能属于一个角色。图中的E表示该region属于Eden内存区域S表示属于survivor内存区域O表示属于Old内存区域。图中空白的表示未使用的内存空间。
G1垃圾收集器还增加了一种新的内存区域叫做Humongous内存区域如图中的H块。主要用于存储大对象如果超过1.5个region就放到H。
设置H的原因对于堆中的对象默认直接会被分配到老年代但是如果它是一个短期存在的大对象就会对垃圾收集器造成负面影响。为了解决这个问题G1划分了一个Humongous区它用来专门存放大对象。如果一个H区装不下一个大对象那么G1会寻找连续的H区来存储。为了能找到连续的H区有时候不得不启动Full GC。G1的大多数行为都把H区作为老年代的一部分来看待。
每个Region都是通过指针碰撞来分配空间 Remembered Set
一个对象被不同区域引用的问题 一个Region不可能是孤立的一个Region中的对象可能被其他任意Region中对象引用判断对象存活时是否需要扫描整个Java堆才能保证准确 在其他的分代收集器也存在这样的问题而G1更突出回收新生代也不得不同时扫描老年代 这样的话会降低MinorGC的效率
解决方法
无论G1还是其他分代收集器JVM都是使用Remembered Set来避免全局扫描
每个Region都有一个对应的Remembered Set
每次Reference类型数据写操作时都会产生一个Write Barrier暂时中断操作
然后检查将要写入的引用指向的对象是否和该Reference类型数据在不同的Region其他收集器检查老年代对象是否引用了新生代对象
如果不同通过CardTable把相关引用信息记录到引用指向对象的所在Region对应的Remembered Set中
当进行垃圾收集时在GC根节点的枚举范围加入Remembered Set就可以保证不进行全局扫描也不会有遗漏。 G1回收过程1-年轻代GC
JVM启动时G1先准备好Eden区程序在运行过程中不断创建对象到Eden区当Eden空间耗尽时G1会启动一次年轻代垃圾回收过程。
年轻代垃圾回收只会回收Eden区和Survivor区。
首先G1停止应用程序的执行Stop-The-WorldG1创建回收集Collection Set回收集是指需要被回收的内存分段的集合年轻代回收过程的回收集包含年轻代Eden区和Survivor区所有的内存分段。 回收过程如下
1第一阶段扫描根。根是指static变量指向的对象正在执行的方法调用链条上的局部变量等。根引用连同RSet记录的外部引用作为扫描存活对象的入口。
2第二阶段更新RSet。处理dirty card queue中的card更新RSet。此阶段完成后RSet可以准确的反映老年代对所在的内存分段中对象的引用。
3第三阶段处理RSet。识别被老年代对象指向的Eden中的对象这些被指向的Eden中的对象被认为是存活的对象。
4第四阶段复制对象。此阶段对象树被遍历Eden区内存段中存活的对象会被复制到Survivor区中空的内存分段Survivor区内存段中存活的对象如果年龄未达阈值年龄会加1达到阀值会被会被复制到Old区中空的内存分段。如果Survivor空间不够Eden空间的部分数据会直接晋升到老年代空间。
5第五阶段处理引用。处理SoftWeakPhantomFinalJNI Weak 等引用。最终Eden空间的数据为空GC停止工作而目标内存中的对象都是连续存储的没有碎片所以复制过程可以达到内存整理的效果减少碎片。
G1回收过程二并发标记过程
1初始标记阶段标记从根节点直接可达的对象。这个阶段是STW的并且会触发一次年轻代GC。
2根区域扫描Root Region ScanningG1 GC扫描Survivor区直接可达的老年代区域对象并标记被引用的对象。这一过程必须在YoungGC之前完成。
3并发标记Concurrent Marking在整个堆中进行并发标记和应用程序并发执行此过程可能被YoungGC中断。在并发标记阶段若发现区域对象中的所有对象都是垃圾那这个区域会被立即回收。同时并发标记过程中会计算每个区域的对象活性区域中存活对象的比例。
4再次标记Remark由于应用程序持续进行需要修正上一次的标记结果。是STW的。G1中采用了比CMS更快的初始快照算法snapshot-at-the-beginningSATB。
5独占清理cleanupSTW计算各个区域的存活对象和GC回收比例并进行排序识别可以混合回收的区域。为下阶段做铺垫。是STW的。这个阶段并不会实际上去做垃圾的收集
6并发清理阶段识别并清理完全空闲的区域。
G1回收过程三混合回收
当越来越多的对象晋升到老年代old region时为了避免堆内存被耗尽虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器即Mixed GC该算法并不是一个Old GC除了回收整个Young Region还会回收一部分的Old Region。这里需要注意是一部分老年代而不是全部老年代。可以选择哪些Old Region进行收集从而可以对垃圾回收的耗时时间进行控制。也要注意的是Mixed GC并不是Full GC。 并发标记结束以后老年代中百分百为垃圾的内存分段被回收了部分为垃圾的内存分段被计算了出来。默认情况下这些老年代的内存分段会分8次可以通过-XX:G1MixedGCCountTarget设置被回收
混合回收的回收集Collection Set包括八分之一的老年代内存分段Eden区内存分段Survivor区内存分段。混合回收的算法和年轻代回收的算法完全一样只是回收集多了老年代的内存分段。具体过程请参考上面的年轻代回收过程。
由于老年代中的内存分段默认分8次回收G1会优先回收垃圾多的内存分段。垃圾占内存分段比例越高的越会被先回收。并且有一个阈值会决定内存分段是否被回收-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent默认为65%意思是垃圾占内存分段比例要达到65%才会被回收。如果垃圾占比太低意味着存活的对象占比高在复制的时候会花费更多的时间。
混合回收并不一定要进行8次。有一个阈值-XX:G1HeapWastePercent默认值为10%意思是允许整个堆内存中有10%的空间被浪费意味着如果发现可以回收的垃圾占堆内存的比例低于10%则不再进行混合回收。因为GC会花费很多的时间但是回收到的内存却很少。
G1回收可选的过程四Full GC
G1的初衷就是要避免Full GC的出现。但是如果上述方式不能正常工作G1会停止应用程序的执行Stop-The-World使用单线程的内存回收算法进行垃圾回收性能会非常差应用程序停顿时间会很长。
要避免Full GC的发生一旦发生需要进行调整。什么时候会发生Full GC呢比如堆内存太小当G1在复制存活对象的时候没有空的内存分段可用则会回退到Full GC这种情况可以通过增大内存解决。
导致G1 Full GC的原因可能有两个 Evacuation的时候没有足够的to-space来存放晋升的对象 并发处理过程完成之前空间耗尽。
G1回收器优化建议
年轻代大小 避免使用-Xmn或-XX:NewRatio等相关选项显式设置年轻代大小 固定年轻代的大小会覆盖暂停时间目标
暂停时间目标不要太过严苛 G1 GC的吞吐量目标是90%的应用程序时间和10%的垃圾回收时间 评估G1 GC的吞吐量时暂停时间目标不要太严苛。目标太过严苛表示你愿意承受更多的垃圾回收开销而这些会直接影响到吞吐量。 ZGC回收器
一、ZGC概念
ZGC是Golang的垃圾回收器
ZGCZ Garbage Collector是一种可扩展的低延迟垃圾收集器主要被设计用于处理超大内存TB级别的垃圾回收。其核心是一个并发垃圾回收器具有以下特性 停顿时间不超过10ms。 停顿时间不会随着堆的大小或者活跃对象的大小而增加。 支持堆范围为8MB~16TB。
ZGC在JDK 11中首次以实验性的特性引入并在JDK 15中正式投入生产使用。其设计目标是提供极致的低延迟并且官方明确指出JDK 15中的ZGC不再是实验性质的垃圾收集器建议投入生产使用。在JDK 16发布后GC的暂停时间已经缩小到1ms以内并且时间复杂度是O(1)这意味着GC的停顿时间是一个固定值并不会受堆内存大小影响。
二、ZGC核心算法
ZGC的核心算法是并发处理算法它利用全局空间视图的切换和对象地址视图的切换结合STAB算法实现了高效的并发。染色指针和读屏障在ZGC中起到辅助作用但并非其核心。
1、ZGC的并发处理算法主要通过以下方式实现
不像G1那样再区分年轻代和老年代了默认每100ms进行一次GC。
全局空间视图的切换ZGC初始化之后整个内存空间的地址视图被设置为Remapped重映射。在进入标记阶段时视图会转变为Marked0或者Marked1。在标记阶段结束后从标记阶段进入转移阶段时视图再次设置为Remapped。
对象地址视图的切换ZGC通过视图的切换和SATBSilent Abort算法实现并发处理。在对象的访问可能来自标记线程和应用程序线程时ZGC会检查对象的地址视图。如果发现对象的地址视图是M0说明对象是在进入标记阶段之后新分配的对象或者对象已经完成了标记对象活跃无须处理。如果发现对象的地址视图是Remapped说明对象是前一阶段分配的而且通过根集合可达所以把对象的地址视图从Remapped调整为M0。
ZGC的并发处理算法利用全局空间视图的切换和对象地址视图的切换结合SATB算法实现了高效的并发。这种算法可以在应用程序正常运行时进行垃圾回收从而减少应用程序的停顿时间。
2、染色指针
ZGC的染色指针是一种直接将少量额外的信息存储在指针上的技术。具体来说ZGC将其高4位提取出来存储4个标志信息通过这些标志位虚拟机可以直接从指针中看到其引用对象的三色标记状态Marked0/Marked1、是否进入了重分配集即被移动过Remapped、是否只能通过finalize()方法才能访问到。由于这些标记位进一步压缩了原本就只有46位的地址空间也直接导致ZGC能够管理的内存不可以超过4TB2的42次方而通过jdk13的扩展现在ZGC可以管理的内存空间范围为8MB-16TB2的44次方。
此外染色指针技术使得ZGC在垃圾收集过程中能够大幅减少内存屏障的使用数量设置内存屏障的目的是为了记录对象引用的变动情况。如果将这些信息直接维护在指针中显然可以省略一些专门的记录操作。而实际上ZGC并没有使用写屏障因为它不设分代天然没有跨代引用的问题。
染色指针技术还使得ZGC能够改善GC过程的STWStop-The-World时间。具体来说Page内的存活对象被移走之后马上就能被释放和重用不必等到整个堆上对该Page的引用都被修正之后才能释放和清理。这得益于染色指针的自愈Self-Healing特性。
总的来说ZGC的染色指针技术是一种高效的内存管理技术能够提高垃圾回收的效率和响应速度减少内存屏障的使用数量改善GC过程的STW时间。
3、读屏障
ZGC中的读屏障是一种JVM向应用代码中插入一小段代码的技术。
当应用线程从堆中读取对象的引用时会先执行这段代码。
具体来说读屏障在解释执行时通过load相关的字节码指令加载数据。作用是在对象标记和转移过程中判断对象的引用地址是否满足条件并作出相应动作。读屏障会对应用程序的性能有一定影响据测试最多百分之4的性能损耗。但这是ZGC并发转移的基础为了降低STW设计者认为这点牺牲是可接受的。
在ZGC中读屏障技术用于解决并发转移时出现指针无效的问题。当应用线程读取一个未完成转移的对象时由于对象尚未完成转移其指针可能无效。此时读屏障技术确保在对象转移完成之前不会读取该对象从而避免了指针无效的问题。
通过读屏障技术ZGC可以在并发转移过程中实现高效的内存管理降低STW时间提高程序的响应速度和吞吐量。同时由于读屏障技术的引入ZGC也能够在不影响应用程序性能的情况下实现垃圾回收的自动管理。 垃圾回收器总结
垃圾收集器分类作用位置使用算法特点适用场景Serial串行运行作用于新生代复制算法响应速度优先适用于单CPU环境下的client模式ParNew并行运行作用于新生代复制算法响应速度优先多CPU环境Server模式下与CMS配合使用Parallel并行运行作用于新生代复制算法吞吐量优先适用于后台运算而不需要太多交互的场景Serial Old串行运行作用于老年代标记-压缩算法响应速度优先适用于单CPU环境下的Client模式Parallel Old并行运行作用于老年代标记-压缩算法吞吐量优先适用于后台运算而不需要太多交互的场景CMS并发运行作用于老年代标记-清除算法响应速度优先适用于互联网或BS业务G1并发、并行运行作用于新生代、老年代标记-压缩算法、复制算法响应速度优先面向服务端应用
怎么选择垃圾收集器
1 优先调整堆的大小让JVM自适应完成。
2 如果内存小于100M使用串行收集器
3 如果是单核、单机程序并且没有停顿时间的要求串行收集器
4 如果是多CPU、需要高吞吐量、允许停顿时间超过1秒选择并行或者JVM自己选择
5 如果是多CPU、追求低停顿时间需快速响应比如延迟不能超过1秒如互联网应用使用并发收集器 官方推荐G1性能高。现在互联网的项目基本都是使用G1。
最后需要明确一个观点
1没有最好的收集器更没有万能的收集
2调优永远是针对特定场景、特定需求不存在一劳永逸的收集器 GC日志分析
通过阅读Gc日志我们可以了解Java虚拟机内存分配与回收策略。 内存分配与垃圾回收的参数列表 -Xlog:gc 输出GC日志。类似-verbose:gc -Xlog:gc* 输出GC的详细日志 -XX:PrintGCTimestamps 输出GC的时间戳以基准时间的形式 -XX:PrintGCDatestamps 输出GcC的时间戳以日期的形式如2013-05-04T215359.2340800 -XX:PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息 -Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的输出路径
