http://blog.sina.com.cn/s/blog_3f12afd00101r8w9.html
http://www.zicheng.net/article/55.htm
http://simpleframework.net/news/view?newsId=2b3d694f2a224215b5e8306aaf3ef4bd
http://simpleframework.net/news/view?newsId=1c9777c4d8e24d87ac66f0ee598e7f7a
这里介绍4个垃圾收集器,如果进行了错误的选择将会大大的影响程序的性能。
时至今日,仍然有两个事情困扰着开发人员:垃圾收集(GC)和了解异性(程序猿的悲鸣),后者我确实不太了解,因为我被前者搞的无暇顾及怎么了解异性,特别是当知道在JAVA8中对这一区域有了很大的改进和提升还有移除了PermGen和以一些新的令人兴奋的调优。
当我们谈到垃圾回收时,我们绝大多数都知道利用它的概念在我们日常的编程中。但是,当问题出现时,会发现很多是我们不知道的。JVM 最大误区之一就是它只有一个垃圾回收器,实际上是它提供了四个不同的收集器,每个都有其自身独特的优势和劣势。垃圾收集器不是自动选择的,这取决个人以及吞吐量和应用程序的差异。
这些垃圾收集的普遍存在的共同点是他们都把堆分隔成不同的片段来管理,比如在age-old区中的大多数对象应该被快速的回收。这些都是老生常谈的事,我们直接进入主题来看一下各个收集器的不同以及他们的优缺点。
Serial收集器是JAVA虚拟机中最基本、历史最悠久的收集器,在JDK 1.3.1之前是JAVA虚拟机新生代收集的唯一选择。Serial收集器是一个单线程的收集器,但它的“单线程”的意义并不仅仅是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。
Serial收集器到JDK1.7为止,它依然是JAVA虚拟机运行在Client模式下的默认新生代收集器。它也有着优于其他收集器的地方: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。在用户的桌面应用场景中,分配给虚拟机管理的内存一般来说不会很大,收集几十兆甚至一两百兆的新生代(仅仅是新生代使用的内存,桌面应用基本上不会再大了),停顿时间完全可以控制在几十毫秒最多一百多毫秒以内,只要不是频繁发生,这点停顿是可以接受的。所以,Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。
PS:开启Serial收集器的方式 -XX:+UseSerialGC
如:Xms30m -Xmx30m -Xmn10m -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails
-XX:+UseSerialGC的是Serial收集器,Xms30m -Xmx30m 指定了JAVA虚拟机的固定大小为30M,-Xmn10m 指JAVA新生代的空间为10M。
这是 JVM 的缺省收集器。就像它的名字,其最大的优点是使用多个线程来通过扫描并压缩堆。串行收集器在GC时会停止其他所有工作线程(stop-the-world),CPU利用率是最高的,所以适用于要求高吞吐量(throughput)的应用,但停顿时间(pause time)会比较长,所以对web应用来说就不适合,因为这意味着用户等待时间会加长。而并行收集器可以理解是多线程串行收集,在串行收集基础上采用多线程方式进行GC,很好的弥补了串行收集的不足,可以大幅缩短停顿时间(如下图表示的停顿时长高度,并发比并行要短),因此对于空间不大的区域(如young generation),采用并行收集器停顿时间很短,回收效率高,适合高频率执行。
图1.Serial收集器与Parallel/ Throughput(并行)收集器的比较
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是基于“标记-清除”算法实现的,它使用多线程的算法去扫描堆(标记)并对发现的未使用的对象进行回收(清除)。整个过程分为6个步骤,包括:
初始标记(CMS initial mark)
并发标记(CMS concurrent mark)
并发预清理(CMS-concurrent-preclean)
重新标记(CMS remark)
并发清除(CMS concurrent sweep)
并发重置(CMS-concurrent-reset)
其中初始标记、重新标记这两个步骤仍然需要“Stop The World”。初始标记仅仅只是标记一下GC Roots能直接关联到的对象,速度很快,并发标记阶段就是进行GC Roots Tracing的过程,而重新标记阶段则是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一般会比初始标记阶段稍长一些,但远比并发标记的时间短。其他动作都是并发的。
需要注意的是,CMS收集器无法处理浮动垃圾(Floating Garbage),可能出现“Concurrent Mode Failure”失败而导致另一次Full GC的产生。由于CMS并发清理阶段用户线程还在运行着,伴随程序的运行自然还会有新的垃圾不断产生,这一部分垃圾出现在标记过程之后,CMS无法在本次收集中处理掉它们,只好留待下一次GC时再将其清理掉。这一部分垃圾就称为“浮动垃圾”。也是由于在垃圾收集阶段用户线程还需要运行,即还需要预留足够的内存空间给用户线程使用,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,需要预留一部分空间提供并发收集时的程序运作使用。在默认设置下,CMS收集器在老年代使用了68%的空间后就会被激活,这是一个偏保守的设置,如果在应用中老年代增长不是太快,可以适当调高参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction的值来提高触发百分比,以便降低内存回收次数以获取更好的性能。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,这时候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。所以说参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置得太高将会很容易导致大量“Concurrent Mode Failure”失败,性能反而降低。
还有一个缺点,CMS是一款基于“标记-清除”算法实现的收集器,这意味着收集结束时会产生大量空间碎片。空间碎片过多时,将会给大对象分配带来很大的麻烦,往往会出现老年代还有很大的空间剩余,但是无法找到足够大的连续空间来分配当前对象,不得不提前触发一次Full GC。为了解决这个问题,CMS收集器提供了一个-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection开关参数,用于在“享受”完Full GC服务之后额外免费附送一个碎片整理过程,内存整理的过程是无法并发的。空间碎片问题没有了,但停顿时间不得不变长了。虚拟机设计者们还提供了另外一个参数-XX: CMSFullGCsBeforeCompaction,这个参数用于设置在执行多少次不压缩的Full GC后,跟着来一次带压缩的。
该算法与并行收集器的另一个缺点是吞吐量的它使用更多的 CPU,为了使应用程序提供更好的体验,通过使用多个线程来执行扫描和收集。这种情况长时间的运行会使应用程序停顿下来,可以使用提高空间来换取高效的运行。但是,这种算法的使用不是默认的。您必须指定 XX: + USeParNewGC来使用它。如果你可以提供更多的CPU资源的话以避免应用程序暂停,那么你可以使用CMS收集器。假设你的堆的大小小于 4 Gb你必须分配大于 4 GB的资源。
G1垃圾收集器在JDK7 update 4之后对大于4G的堆有了更好的支持,G1是一个针对多处理器大容量内存的服务器端的垃圾收集器,其目标是在实现高吞吐量的同时,尽可能的满足垃圾收集暂停时间的要求。G1在执行一些Java堆空间中的全区域操作(如:全局标记)时是和应用程序线程并发进行的,因此减少了Java堆空间的中断比例。(译者注:可简单理解为减少了Stop-the-World的时间比例)。
它与前面的CMS收集器相比有两个显著的改进:一是G1收集器是基于“标记-整理”算法实现的收集器,也就是说它不会产生空间碎片,这对于长时间运行的应用系统来说非常重要。二是它可以非常精确地控制停顿,既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,具备了一些实时Java(RTSJ)的垃圾收集器的特征。
首先将Java堆空间划分为一些大小相等的区域(region),每个区域都是虚拟机中的一段连续内存空间。G1通过执行并发的全局标记来确定整个Java堆空间中存活的对象。标记阶段完成后,G1就知道哪些区域基本上是空闲的。在回收内存时优先回收这些区域,这样通常都会回收相当数量的内存。这就是为什么它叫做Garbage-First的原因。顾名思义G1关注某些区域的回收和整理,这些区域中的对象很有可能被完全回收。而且G1使用了一个暂停时间预测模型使得暂停时间控制在用户指定的暂停时间内,并根据用户指定的暂停时间来选择合适的区域回收内存。
G1确定了可回收的区域后就是筛选回收(evacuation)阶段了。在此阶段将对象从一个或多个区域复制到单一区域,同时整理和释放内存。该阶段是在多个处理器上多个线程并行进行的,因此减少了暂停时间并提高了吞吐量。G1在每一次的垃圾收集过程中都不断地减少碎片,并能够将暂停时间控制在一定范围内。这些已经是以前的垃圾收集器无法完成的了。比如:CMS收集器并不做内存整理。ParallelOld收集器只是对整个Java堆空间做整理,这样导致相当长的暂停时间。
在java8 udpate 20中对G1收集器采用了字符串重复消除技术(String deduplication),之前字符串以及内部的char[]数组大量消耗了内存空间,在新的G1垃圾收集器中,将会对内存中重复的字符串进行优化,使他们指向同一个字符数组,以避免相同的字符串出现而使堆处理效率低下,你可以使用 -XX:+UseStringDeduplicationJVM参数来开启。
在 Java 8 最大的变化之一删除了在堆中为类的元数据、内部字符串和静态变量分配 permgen空间的部分。过去如果加载大量的类到内存中经常会出现内存溢出异常,并且开发人员需要在这个方面做大量的工作,所以如果这段通过JVM来管理了将是一个不错误的优化。
每个垃圾收集器都有不同的配置参数,可以通过不同的参数来提升性能和降低吞吐量。这些都取决于你的应用需求,不同的对收集方式、可忍受的停顿时间、内存的大小都不一样,所以要根据自身的需求来定制不同的配置参数。
此文翻译整理于国外的文章,如果有什么建议和疑问也可以留言进行交流。
英文原文
因为G1 GC还不是默认的jvm gc策略(目前为止),需要使用的话可以加入以下参数开启:
-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseG1GC #开启
-XX:MaxGCPauseMillis =50 #暂停时间(毫秒)
-XX:GCPauseIntervalMillis =200 #暂停间隔(毫秒)
-XX:+G1YoungGenSize=512m #年轻代大小
-XX:SurvivorRatio=6 #幸存区比例
#据称下面两个参数可能会引发race condition,慎用。
-XX:+G1ParallelRSetUpdatingEnabled
-XX:+G1ParallelRSetScanningEnabled
JVM(一)基本概念
Java虚拟机中,数据类型可以分为两类:基本类型和引用类型。基本类型的变量保存原始值,即:他代表的值就是数值本身;而引用类型的变量保存引用值。“引用值”代表了某个对象的引用,而不是对象本身,对象本身存放在这个引用值所表示的地址的位置。
基本类型包括:byte,short,int,long,char,float,double,Boolean,returnAddress
引用类型包括:类类型,接口类型和数组。
堆和栈是程序运行的关键,很有必要把他们的关系说清楚。
栈解决程序的运行问题,即程序如何执行,或者说如何处理数据;堆解决的是数据存储的问题,即数据怎么放、放在哪儿。
在Java中一个线程就会相应有一个线程栈与之对应,这点很容易理解,因为不同的线程执行逻辑有所不同,因此需要一个独立的线程栈。而堆则是所有线程共享 的。栈因为是运行单位,因此里面存储的信息都是跟当前线程(或程序)相关信息的。包括局部变量、程序运行状态、方法返回值等等;而堆只负责存储对象信息。
第一,从软件设计的角度看,栈代表了处理逻辑,而堆代表了数据。这样分开,使得处理逻辑更为清晰。分而治之的思想。这种隔离、模块化的思想在软件设计的方方面面都有体现。
第二,堆与栈的分离,使得堆中的内容可以被多个栈共享(也可以理解为多个线程访问同一个对象)。这种共享的收益是很多的。一方面这种共享提供了一种有效的数据交互方式(如:共享内存),另一方面,堆中的共享常量和缓存可以被所有栈访问,节省了空间。
第三,栈因为运行时的需要,比如保存系统运行的上下文,需要进行地址段的划分。由于栈只能向上增长,因此就会限制住栈存储内容的能力。而堆不同,堆中的对象是可以根据需要动态增长的,因此栈和堆的拆分,使得动态增长成为可能,相应栈中只需记录堆中的一个地址即可。
第四,面向对象就是堆和栈的完美结合。其实,面向对象方式的程 序与以前结构化的程序在执行上没有任何区别。但是,面向对象的引入,使得对待问题的思考方式发生了改变,而更接近于自然方式的思考。当我们把对象拆开,你 会发现,对象的属性其实就是数据,存放在堆中;而对象的行为(方法),就是运行逻辑,放在栈中。我们在编写对象的时候,其实即编写了数据结构,也编写的处 理数据的逻辑。不得不承认,面向对象的设计,确实很美。
程序要运行总是有一个起点的。同C语言一样,java中的Main就是那个起点。无论什么java程序,找到main就找到了程序执行的入口:)
堆中存的是对象。栈中存的是基本数据类型和堆中对象的引用。一个对象的大小是不可估计的,或者说是可以动态变化的,但是在栈中,一个对象只对应了一个4btye的引用(堆栈分离的好处:))。
为什么不把基本类型放堆中呢?因为其占用的空间一般是1~8个字节——需要空间比较少,而且因为是基本类型,所以不会出现动态增长的情况——长度固定,因 此栈中存储就够了,如果把他存在堆中是没有什么意义的(还会浪费空间,后面说明)。可以这么说,基本类型和对象的引用都是存放在栈中,而且都是几个字节的 一个数,因此在程序运行时,他们的处理方式是统一的。但是基本类型、对象引用和对象本身就有所区别了,因为一个是栈中的数据一个是堆中的数据。最常见的一 个问题就是,Java中参数传递时的问题。
要说明这个问题,先要明确两点:
明确以上两点后。Java在方法调用传递参数时,因为没有指针,所以它都是进行传值调用(这点可以参考C的传值调用)。因此,很多书里面都说Java是进行传值调用,这点没有问题,而且也简化的C中复杂性。
但是传引用的错觉是如何造成的呢?在运行栈中,基本类型和引用的处理是一样的,都是传值, 所以,如果是传引用的方法调用,也同时可以理解为“传引用值”的传值调用,即引用的处理跟基本类型是完全一样的。但是当进入被调用方法时,被传递的这个引 用的值,被程序解释(或者查找)到堆中的对象,这个时候才对应到真正的对象。如果此时进行修改,修改的是引用对应的对象,而不是引用本身,即:修改的是堆 中的数据。所以这个修改是可以保持的了。
对象,从某种意义上说,是由基本类型组成的。可以把一个对象看作为一棵树,对象的属性如果还是对象,则还是一颗树(即非叶子节点),基本类型则为树的叶子节点。程序参数传递时,被传递的值本身都是不能进行修改的,但是,如果这个值是一个非叶子节点(即一个对象引用),则可以修改这个节点下面的所有内容。
堆和栈中,栈是程序运行最根本的东西。程序运行可以没有堆,但是不能没有栈。而堆是为栈进行数据存储服务,说白了堆就是一块共享的内存。不过,正是因为堆和栈的分离的思想,才使得Java的垃圾回收成为可能。
Java中,栈的大小通过-Xss来设置,当栈中存储数据比较多时,需要适当调大这个值,否则会出现java.lang.StackOverflowError异常。常见的出现这个异常的是无法返回的递归,因为此时栈中保存的信息都是方法返回的记录点。
基本数据的类型的大小是固定的,这里就不多说了。对于非基本类型的Java对象,其大小就值得商榷。
在Java中,一个空Object对象的大小是8byte,这个大小只是保存堆中一个没有任何属性的对象的大小。看下面语句:
1
|
Object ob =
new
Object();
|
这样在程序中完成了一个Java对象的生命,但是它所占的空间为:4byte+8byte。4byte是上面部分所说的Java栈中保存引用的所需要的空间。而那8byte则是Java堆中对象的信息。因为所有的Java非基本类型的对象都需要默认继承Object对象,因此不论什么样的Java对象,其大小都必须是大于8byte。
有了Object对象的大小,我们就可以计算其他对象的大小了。
1
2
3
4
5
6
7
|
Class NewObject {
int
count;
boolean
flag;
Object ob;
}
|
其大小为:空对象大小(8byte)+int大小(4byte)+Boolean大小(1byte)+空Object引用的大小 (4byte)=17byte。但是因为Java在对对象内存分配时都是以8的整数倍来分,因此大于17byte的最接近8的整数倍的是24,因此此对象 的大小为24byte。
这里需要注意一下基本类型的包装类型的大小。因为这种包装类型已经成为对象了,因此需要把他们作为对象来看待。包装类型的大小至少是12byte(声明一个空Object至少需要的空间),而且12byte没有包含任何有效信息,同时,因为Java对象大小是8的整数倍,因此一个基本类型包装类的大小至少是16byte。这个内存占用是很恐怖的,它是使用基本类型的N倍(N>2),有些类型的内存占用更是夸张(随便想下就知道了)。因此,可能的话应尽量少使用包装类。在JDK5.0以后,因为加入了自动类型装换,因此,Java虚拟机会在存储方面进行相应的优化。
对象引用类型分为强引用、软引用、弱引用和虚引用。
强引用:就是我们一般声明对象是时虚拟机生成的引用,强引用环境下,垃圾回收时需要严格判断当前对象是否被强引用,如果被强引用,则不会被垃圾回收
软引用:软引用一般被做为缓存来使 用。与强引用的区别是,软引用在垃圾回收时,虚拟机会根据当前系统的剩余内存来决定是否对软引用进行回收。如果剩余内存比较紧张,则虚拟机会回收软引用所 引用的空间;如果剩余内存相对富裕,则不会进行回收。换句话说,虚拟机在发生OutOfMemory时,肯定是没有软引用存在的。
弱引用:弱引用与软引用类似,都是作为缓存来使用。但与软引用不同,弱引用在进行垃圾回收时,是一定会被回收掉的,因此其生命周期只存在于一个垃圾回收周期内。
强引用不用说,我们系统一般在使用时都是用的强引用。而“软引用”和“弱引用”比较少见。他们一般被作为缓存使用,而且一般是在内存大小比较受限的情况下 做为缓存。因为如果内存足够大的话,可以直接使用强引用作为缓存即可,同时可控性更高。因而,他们常见的是被使用在桌面应用系统的缓存。
JVM(二)基本垃圾回收算法
可以从不同的的角度去划分垃圾回收算法:
引用计数(Reference Counting):
比较古老的回收算法。原理是此对象有一个引用,即增加一个计数,删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时,只用收集计数为0的对象。此算法最致命的是无法处理循环引用的问题。
标记-清除(Mark-Sweep):
此算法执行分两阶段。第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象,第二阶段遍历整个堆,把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用,同时,会产生内存碎片。
复制(Copying):
此算法把内存空间划为两个相等的区域,每次只使用其中一个区域。垃圾回收时,遍历当前使用区域,把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。次算法每 次只处理正在使用中的对象,因此复制成本比较小,同时复制过去以后还能进行相应的内存整理,不会出现“碎片”问题。当然,此算法的缺点也是很明显的,就是 需要两倍内存空间。
标记-整理(Mark-Compact):
此算法结合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段,第一阶段从根节点开始标记所有被引用对象,第二阶段遍历整个堆,把清除未标记 对象并且把存活对象“压缩”到堆的其中一块,按顺序排放。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题,同时也避免了“复制”算法的空间问题。
增量收集(Incremental Collecting):实时垃圾回收算法,即:在应用进行的同时进行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器没有使用这种算法的。
分代收集(Generational Collecting):基于对对象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把对象分为年青代、年老代、持久代,对不同生命周期的对象使用不同的算法(上述方式中的一个)进行回收。现在的垃圾回收器(从J2SE1.2开始)都是使用此算法的。
串行收集:串行收集使用单线程处理所有垃圾回收工作,因为无需多线程交互,实现容易,而且效率比较高。但是,其局限性也比较明显,即无法使用多处理器的优势,所以此收集适合单处理器机器。当然,此收集器也可以用在小数据量(100M左右)情况下的多处理器机器上。
并行收集:并行收集使用多线程处理垃圾回收工作,因而速度快,效率高。而且理论上CPU数目越多,越能体现出并行收集器的优势。
并发收集:相对于串行收集和并行收集而言,前面两个在进行垃圾回收工作时,需要暂停整个运行环境,而只有垃圾回收程序在运行,因此,系统在垃圾回收时会有明显的暂停,而且暂停时间会因为堆越大而越长。
JVM(三)分代垃圾回收详述
分代的垃圾回收策略,是基于这样一个事实:不同的对象的生命周期是不一样的。因此,不同生命周期的对象可以采取不同的收集方式,以便提高回收效率。
在Java程序运行的过程中,会产生大量的对象,其中有些对象是与业务信息相关,比如Http请求中的Session对象、线程、Socket连接,这类 对象跟业务直接挂钩,因此生命周期比较长。但是还有一些对象,主要是程序运行过程中生成的临时变量,这些对象生命周期会比较短,比如:String对象, 由于其不变类的特性,系统会产生大量的这些对象,有些对象甚至只用一次即可回收。
试想,在不进行对象存活时间区分的情况下,每次垃圾回收都是对整个堆空间进行回收,花费时间相对会长,同时,因为每次回收都需要遍历所有存活对象,但实际 上,对于生命周期长的对象而言,这种遍历是没有效果的,因为可能进行了很多次遍历,但是他们依旧存在。因此,分代垃圾回收采用分治的思想,进行代的划分, 把不同生命周期的对象放在不同代上,不同代上采用最适合它的垃圾回收方式进行回收。
如图所示:
虚拟机中的共划分为三个代:年轻代(Young Generation)、年老点(Old Generation)和持久代(Permanent Generation)。其中持久代主要存放的是Java类的类信息,与垃圾收集要收集的Java对象关系不大。年轻代和年老代的划分是对垃圾收集影响比较大的。
年轻代:
所有新生成的对象首先都是放在年轻代的。年轻代的目标就是尽可能快速的收集掉那些生命周期短的对象。年轻代分三个区。一个Eden区,两个 Survivor区(一般而言)。大部分对象在Eden区中生成。当Eden区满时,还存活的对象将被复制到Survivor区(两个中的一个),当这个 Survivor区满时,此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区,当这个Survivor去也满了的时候,从第一个Survivor区复制 过来的并且此时还存活的对象,将被复制“年老区(Tenured)”。需要注意,Survivor的两个区是对称的,没先后关系,所以同一个区中可能同时 存在从Eden复制过来 对象,和从前一个Survivor复制过来的对象,而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且,Survivor区总有一个是空 的。同时,根据程序需要,Survivor区是可以配置为多个的(多于两个),这样可以增加对象在年轻代中的存在时间,减少被放到年老代的可能。
年老代:
在年轻代中经历了N次垃圾回收后仍然存活的对象,就会被放到年老代中。因此,可以认为年老代中存放的都是一些生命周期较长的对象。
持久代:
用于存放静态文件,如今Java类、方法等。持久代对垃圾回收没有显著影响,但是有些应用可能动态生成或者调用一些class,例如Hibernate 等,在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=
由于对象进行了分代处理,因此垃圾回收区域、时间也不一样。GC有两种类型:Scavenge GC和Full GC。
Scavenge GC
一般情况下,当新对象生成,并且在Eden申请空间失败时,就会触发Scavenge GC,对Eden区域进行GC,清除非存活对象,并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。这种方式的GC是对 年轻代的Eden区进行,不会影响到年老代。因为大部分对象都是从Eden区开始的,同时Eden区不会分配的很大,所以Eden区的GC会频繁进行。因 而,一般在这里需要使用速度快、效率高的算法,使Eden去能尽快空闲出来。
Full GC
对整个堆进行整理,包括Young、Tenured和Perm。Full GC因为需要对整个对进行回收,所以比Scavenge GC要慢,因此应该尽可能减少Full GC的次数。在对JVM调优的过程中,很大一部分工作就是对于FullGC的调节。有如下原因可能导致Full GC:
用单线程处理所有垃圾回收工作,因为无需多线程交互,所以效率比较高。但是,也无法使用多处理器的优势,所以此收集器适合单处理器机器。当然,此收集器也可以用在小数据量(100M左右)情况下的多处理器机器上。可以使用-XX:+UseSerialGC打开。
并行收集器
对年轻代进行并行垃圾回收,因此可以减少垃圾回收时间。一般在多线程多处理器机器上使用。使用-XX:+UseParallelGC.打开。并行收 集器在J2SE5.0第六6更新上引入,在Java SE6.0中进行了增强–可以对年老代进行并行收集。如果年老代不使用并发收集的话,默认是使用单线程进行垃圾回收,因此会制约扩展能力。使用 -XX:+UseParallelOldGC打开。
使用-XX:ParallelGCThreads=
此收集器可以进行如下配置:
最大垃圾回收暂停:指定垃圾回收时的最长暂停时间,通过-XX:MaxGCPauseMillis=
指定。 为毫秒.如果指定了此值的话,堆大小和垃圾回收相关参数会进行调整以达到指定值。设定此值可能会减少应用的吞吐量。 吞吐量:吞吐量为垃圾回收时间与非垃圾回收时间的比值,通过-XX:GCTimeRatio=
来设定,公式为1/(1+N)。例如,-XX:GCTimeRatio=19时,表示5%的时间用于垃圾回收。默认情况为99,即1%的时间用于垃圾回收。
并发收集器
可以保证大部分工作都并发进行(应用不停止),垃圾回收只暂停很少的时间,此收集器适合对响应时间要求比较高的中、大规模应用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打开。
并发收集器主要减少年老代的暂停时间,他在应用不停止的情况下使用独立的垃圾回收线程,跟踪可达对象。在每个年老代垃圾回收周期中,在收集初期并发收集器 会对整个应用进行简短的暂停,在收集中还会再暂停一次。第二次暂停会比第一次稍长,在此过程中多个线程同时进行垃圾回收工作。
并发收集器使用处理器换来短暂的停顿时间。在一个N个处理器的系统上,并发收集部分使用K/N个可用处理器进行回收,一般情况下1<=K<=N/4。
在只有一个处理器的主机上使用并发收集器,设置为incremental mode模式也可获得较短的停顿时间。
浮动垃圾:由于在应用运行的同时进行垃圾回收,所以有些垃圾可能在垃圾回收进行完成时产生,这样就造成了“Floating Garbage”,这些垃圾需要在下次垃圾回收周期时才能回收掉。所以,并发收集器一般需要20%的预留空间用于这些浮动垃圾。
Concurrent Mode Failure:并发收集器在应用运行时进行收集,所以需要保证堆在垃圾回收的这段时间有足够的空间供程序使用,否则,垃圾回收还未完成,堆空间先满了。这种情况下将会发生“并发模式失败”,此时整个应用将会暂停,进行垃圾回收。
启动并发收集器:因为并发收集在应用运行时进行收集,所以必须保证收集完成之前有足够的内存空间供程序 使用,否则会出现“Concurrent Mode Failure”。通过设置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=
串行处理器:
–适用情况:数据量比较小(100M左右);单处理器下并且对响应时间无要求的应用。
–缺点:只能用于小型应用
并行处理器:
–适用情况:“对吞吐量有高要求”,多CPU、对应用响应时间无要求的中、大型应用。举例:后台处理、科学计算。
–缺点:垃圾收集过程中应用响应时间可能加长
并发处理器:
–适用情况:“对响应时间有高要求”,多CPU、对应用响应时间有较高要求的中、大型应用。举例:Web服务器/应用服务器、电信交换、集成开发环境。
JVM(四)新一代的垃圾回收算法G1
传统分代垃圾回收方式,已经在一定程度上把垃圾回收给应用带来的负担降到了最小,把应用的吞吐量推到了一个极限。但是他无法解决的一个问题,就是Full GC所带来的应用暂停。在一些对实时性要求很高的应用场景下,GC暂停所带来的请求堆积和请求失败是无法接受的。这类应用可能要求请求的返回时间在几百甚 至几十毫秒以内,如果分代垃圾回收方式要达到这个指标,只能把最大堆的设置限制在一个相对较小范围内,但是这样有限制了应用本身的处理能力,同样也是不可 接收的。
分代垃圾回收方式确实也考虑了实时性要求而提供了并发回收器,支持最大暂停时间的设置,但是受限于分代垃圾回收的内存划分模型,其效果也不是很理想。
为了达到实时性的要求(其实Java语言最初的设计也是在嵌入式系统上的),一种新垃圾回收方式呼之欲出,它既支持短的暂停时间,又支持大的内存空间分配。可以很好的解决传统分代方式带来的问题。
增量收集的方式在理论上可以解决传统分代方式带来的问题。增量收集把对堆空间划分成一系列内存块,使用时,先使用其中一部分(不会全部用完),垃圾收集时 把之前用掉的部分中的存活对象再放到后面没有用的空间中,这样可以实现一直边使用边收集的效果,避免了传统分代方式整个使用完了再暂停的回收的情况。
当然,传统分代收集方式也提供了并发收集,但是他有一个很致命的地方,就是把整个堆做为一个内存块,这样一方面会造成碎片(无法压缩),另一方面他的每次 收集都是对整个堆的收集,无法进行选择,在暂停时间的控制上还是很弱。而增量方式,通过内存空间的分块,恰恰可以解决上面问题。
这部分的内容主要参考这里,这篇文章算是对G1算法论文的解读。我也没加什么东西了。
目标
从设计目标看G1完全是为了大型应用而准备的。
支持很大的堆
高吞吐量
–支持多CPU和垃圾回收线程
–在主线程暂停的情况下,使用并行收集
–在主线程运行的情况下,使用并发收集实时目标:可配置在N毫秒内最多只占用M毫秒的时间进行垃圾回收
当然G1要达到实时性的要求,相对传统的分代回收算法,在性能上会有一些损失。
算法详解
G1可谓博采众家之长,力求到达一种完美。他吸取了增量收集优点,把整个堆划分为一个一个等大小的区域(region)。内存的回收和划分都以 region为单位;同时,他也吸取了CMS的特点,把这个垃圾回收过程分为几个阶段,分散一个垃圾回收过程;而且,G1也认同分代垃圾回收的思想,认为 不同对象的生命周期不同,可以采取不同收集方式,因此,它也支持分代的垃圾回收。为了达到对回收时间的可预计性,G1在扫描了region以后,对其中的 活跃对象的大小进行排序,首先会收集那些活跃对象小的region,以便快速回收空间(要复制的活跃对象少了),因为活跃对象小,里面可以认为多数都是垃 圾,所以这种方式被称为Garbage First(G1)的垃圾回收算法,即:垃圾优先的回收。
回收步骤:
初始标记(Initial Marking)
G1对于每个region都保存了两个标识用的bitmap,一个为previous marking bitmap,一个为next marking bitmap,bitmap中包含了一个bit的地址信息来指向对象的起始点。
开始Initial Marking之前,首先并发的清空next marking bitmap,然后停止所有应用线程,并扫描标识出每个region中root可直接访问到的对象,将region中top的值放入next top at mark start(TAMS)中,之后恢复所有应用线程。
触发这个步骤执行的条件为:
G1定义了一个JVM Heap大小的百分比的阀值,称为h,另外还有一个H,H的值为(1-h)*Heap Size,目前这个h的值是固定的,后续G1也许会将其改为动态的,根据jvm的运行情况来动态的调整,在分代方式下,G1还定义了一个u以及soft limit,soft limit的值为H-u*Heap Size,当Heap中使用的内存超过了soft limit值时,就会在一次clean up执行完毕后在应用允许的GC暂停时间范围内尽快的执行此步骤;
在pure方式下,G1将marking与clean up组成一个环,以便clean up能充分的使用marking的信息,当clean up开始回收时,首先回收能够带来最多内存空间的regions,当经过多次的clean up,回收到没多少空间的regions时,G1重新初始化一个新的marking与clean up构成的环。
并发标记(Concurrent Marking)
按照之前Initial Marking扫描到的对象进行遍历,以识别这些对象的下层对象的活跃状态,对于在此期间应用线程并发修改的对象的以来关系则记录到remembered set logs中,新创建的对象则放入比top值更高的地址区间中,这些新创建的对象默认状态即为活跃的,同时修改top值。
最终标记暂停(Final Marking Pause)
当应用线程的remembered set logs未满时,是不会放入filled RS buffers中的,在这样的情况下,这些remebered set logs中记录的card的修改就会被更新了,因此需要这一步,这一步要做的就是把应用线程中存在的remembered set logs的内容进行处理,并相应的修改remembered sets,这一步需要暂停应用,并行的运行。
存活对象计算及清除(Live Data Counting and Cleanup)
值得注意的是,在G1中,并不是说Final Marking Pause执行完了,就肯定执行Cleanup这步的,由于这步需要暂停应用,G1为了能够达到准实时的要求,需要根据用户指定的最大的GC造成的暂停时 间来合理的规划什么时候执行Cleanup,另外还有几种情况也是会触发这个步骤的执行的:
G1采用的是复制方法来进行收集,必须保证每次的”to space”的空间都是够的,因此G1采取的策略是当已经使用的内存空间达到了H时,就执行Cleanup这个步骤;
对于full-young和partially-young的分代模式的G1而言,则还有情况会触发Cleanup的执行,full-young模式 下,G1根据应用可接受的暂停时间、回收young regions需要消耗的时间来估算出一个yound regions的数量值,当JVM中分配对象的young regions的数量达到此值时,Cleanup就会执行;partially-young模式下,则会尽量频繁的在应用可接受的暂停时间范围内执行 Cleanup,并最大限度的去执行non-young regions的Cleanup。
[Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]
[GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]
四、调优总结