JVM学习之GC流程和GC策略

GC流程

对于GC流程里面需要处理的是年轻代和老年代的内存空间，而元空间（永久代）都不在GC范畴。

• 1、现在有一个新对象产生，那么对象一定需要内存空间，于是现在需要为该对象进行内存空间的申请。
• 2、首先会判断伊甸园区是否有内存空间，如果此时有充足内存空间，则直接将新对象保存到伊甸园区。
• 3、但是如果此时伊甸园区的内存空间不足，那么会自动执行Minor GC操作，将伊甸园区无用的内存空间进行清理。清理之后会继续判断伊甸园区空间是否充足？如果充足，则将新的对象直接在伊甸园区进行内存空间分配。
• 4、如果执行Minor GC之后伊甸园区空间依然不足，那么这个时候会进行存活区判断，如果存活区有剩余空间，则将伊甸园区的部分活跃对象保存在存活区，随后继续判断伊甸园区的内存空间是否充足，如果充足，则进行内存空间分配。
• 5、如果此时存活区也没有内存空间了，则继续判断老年区，如果此时老年区的空间充足，则将存活区中的活跃对象保存到老年区，而后存活区应付出现空余空间，随后伊甸园区将部分活跃对象保存地存活区中，最后在伊甸园区为新对象分配内存空间。
• 6、如果这个时候老年代内存空间也满了，那么这个时候将产生Major GC（Full GC）。然后再将存活区中的活跃对象保存到老年区，从而腾出空间，然后再将伊甸园区的部分活跃对象保存到存活区，最后在伊甸园区为新对象分配内存空间。
• 7、如果老年代执行Full GC之后依然空间依然不足，应付产生OOM（OutOfMemoryError）异常。

观察GC过程：

public static void main(String[] args) {
    Random random = new Random();
    String str = "show GC";
    while (true) {
        str += str + random.nextInt(999);
        str.intern(); // 强制产生垃圾
    }
}

内存大小最大设置为10M，方便观察，结果：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 2048K->504K(2560K)] 2048K->887K(9728K), 0.0008724 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 2355K->504K(2560K)] 2738K->1275K(9728K), 0.0008424 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 2433K->504K(2560K)] 3205K->2371K(9728K), 0.0005561 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 2205K->504K(2560K)] 4072K->3642K(9728K), 0.0007300 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 2206K->496K(2560K)] 7007K->6176K(9728K), 0.0006085 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 496K->0K(2560K)] [ParOldGen: 5680K->1842K(7168K)] 6176K->1842K(9728K), [Metaspace: 3539K->3539K(1056768K)], 0.0052348 secs] [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 871K->0K(2560K)] [ParOldGen: 6831K->5021K(7168K)] 7702K->5021K(9728K), [Metaspace: 3541K->3541K(1056768K)], 0.0057354 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 1743K->0K(2560K)] [ParOldGen: 6684K->4188K(7168K)] 8428K->4188K(9728K), [Metaspace: 3541K->3541K(1056768K)], 0.0041574 secs] [Times: user=0.09 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 0K->0K(1536K)] 4188K->4188K(8704K), 0.0002199 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
    at java.util.Arrays.copyOf(Arrays.java:3332)
    at java.lang.AbstractStringBuilder.ensureCapacityInternal(AbstractStringBuilder.java:124)
    at java.lang.AbstractStringBuilder.append(AbstractStringBuilder.java:448)
    at java.lang.StringBuilder.append(StringBuilder.java:136)
    at com.huoq.test.Test.main(Test.java:22)
[PSYoungGen: 0K->0K(1536K)] [ParOldGen: 4188K->4168K(7168K)] 4188K->4168K(8704K), [Metaspace: 3541K->3541K(1056768K)], 0.0055203 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
Heap
PSYoungGen      total 1536K, used 61K [0x00000000ffd00000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 1024K, 5% used [0x00000000ffd00000,0x00000000ffd0f498,0x00000000ffe00000)
from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
to   space 1024K, 0% used [0x00000000ffe00000,0x00000000ffe00000,0x00000000fff00000)
ParOldGen       total 7168K, used 4168K [0x00000000ff600000, 0x00000000ffd00000, 0x00000000ffd00000)
object space 7168K, 58% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffa12140,0x00000000ffd00000)
Metaspace       used 3573K, capacity 4502K, committed 4864K, reserved 1056768K
class space    used 391K, capacity 394K, committed 512K, reserved 1048576K

Process finished with exit code 1

可以看到年轻代空间不足触发Minor GC，多次Minor GC后空间仍然不足会触发老年代的空间回收，老年代空间分配失败会触发Full GC，多次Full GC之后空间仍然不足就会导致“OutOfMemoryErroy”。

GC策略

一、新生代可用GC策略

• 串行GC
  
• 并行回收GC
  
  Stop The World：简称“STW”，在年轻代使用并行GC处理的时候，会产生一个“STW”暂停，在进行对象 回收的时候所有其他线程将被暂时性挂起。
• 并行GC
  

二、老年代可用GC策略

• 串行GC
  
• 并行GC
  
• 并发GC（CMS GC）
  
  

三、GC策略参数调整：

四、垃圾收集器参数调整策略

五、测试GC策略

测试代码

String str = "showGCStrategy";
while (true) {
str += str + str;
str.intern();  // 强制产生垃圾
}

• 1、默认策略
  添加虚拟机参数：-Xmx10m -Xms10m -XX:+PrintGCDetails
  运行结果中取出一段Full GC：

  [Full GC (Ergonomics) 
  [PSYoungGen: 1606K->0K(2560K)]
  [ParOldGen: 6600K->2755K(7168K)]
  8207K->2755K(9728K), [Metaspace: 3514K->3514K(1056768K)], 0.0026280 secs] [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.00 secs] 

  可以发现默认情况下：

  • PSYoungGen：新生代使用的是PS（并行回收策略）
  • ParOldGen：老年代使用的是Par（并行GC）

• 2、使用串行GC策略

  添加虚拟机参数：-Xmx10m -Xms10m -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails 运行结果中取出一段：

  [GC (Allocation Failure) 
  [DefNew: 1667K->1667K(3072K), 0.0000124 secs]
  [Tenured: 6102K->2781K(6848K), 0.0024193 secs]
  7770K->2781K(9920K), [Metaspace: 3514K->3514K(1056768K)], 0.0024630 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

  可以发现：

  • DefNew：单线程串行GC
  • Tenured：单线程串行GC

• 3、使用并行回收GC策略(其实就是默认回收策略)

  添加虚拟机参数：-Xmx10m -Xms10m -XX:+UseParallelGC -XX:+PrintGCDetails 运行结果中取出一段：

  [Full GC (Allocation Failure) 
  [PSYoungGen: 0K->0K(2560K)] 
  [ParOldGen: 5969K->5742K(7168K)]
  5969K->5742K(9728K), [Metaspace: 3515K->3515K(1056768K)], 0.0062983 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]

  可以发现：

  • PSYoungGen：新生代使用的是PS（并行回收策略）
  • ParOldGen：老年代使用的是Par（并行GC）

• 4 、使用并行GC策略

  添加虚拟机参数：-Xmx10m -Xms10m -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintGCDetails 运行结果：

  [GC (CMS Initial Mark) [1 CMS-initial-mark: 3860K(6848K)] 5475K(9920K), 0.0001004 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
  [CMS-concurrent-mark-start]
  [CMS-concurrent-mark: 0.001/0.001 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
  [CMS-concurrent-preclean-start]
  [CMS-concurrent-preclean: 0.000/0.000 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
  [GC (CMS Final Remark) [YG occupancy: 1614 K (3072 K)][Rescan (parallel) , 0.0001022 secs][weak refs processing, 0.0000110 secs][class unloading, 0.0002467 secs][scrub symbol table, 0.0004242 secs][scrub string table, 0.0000756 secs][1 CMS-remark: 3860K(6848K)] 5475K(9920K), 0.0009058 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
  [CMS-concurrent-sweep-start]
  [GC (Allocation Failure) [ParNew: 1667K->2K(3072K), 0.0005861 secs] 5528K->5479K(9920K), 0.0006012 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
  [GC (Allocation Failure) [ParNew: 1724K->1724K(3072K), 0.0000083 secs][
      CMS[CMS-concurrent-sweep: 0.001/0.001 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
   (concurrent mode failure): 5358K->4132K(6848K), 0.0027794 secs] 7083K->4132K(9920K), [Metaspace: 3515K->3515K(1056768K)], 0.0028236 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
  
  [Full GC (Allocation Failure) [CMS: 4132K->4114K(6848K), 0.0022847 secs] 4132K->4114K(9920K), [Metaspace: 3515K->3515K(1056768K)], 0.0023052 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs] 

  可以清晰的看到CMS策略的执行流程：

  • ParNew：新生代使用的是Par（并行GC策略）
  • CMS：老年代使用的是CMS（并发GC策略）

  这样对于整个程序暂停时间会非常的短暂，适合响应速度快的程序（类似秒杀活动）。

总结：以上这些GC策略都是原始GC策略，所有的GC策略都有一个问题：都要扫描全部的子内存空间。