JVM系统优化实践（7）：垃圾回收器与垃圾回收算法

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上回说到了年轻代、老年代与数据计算的一个案例。接下来就先讲一讲年轻代和老年代的两个垃圾回收器：ParNew和CMS。

和Serial垃圾回收器一样，ParNew也是对年轻代进行垃圾回收，但Serial垃圾回收器是单线程的，而ParNew是多线程的。

如果要指定使用ParNew垃圾回收器，只需在JVM中开启-XX:+UseParNewGC参数就行了。

ParNew的默认线程数量和CPU核数一致，如果要调节ParNew线程数量，使用-XX:ParallelGCThreads参数即可，一般不用更改。启动系统时可以分别指定客户端模式与服务器模式，只要在参数后分别跟上-client和-server就行了。客户端模式与服务器模式的区别是：

1、如果部署在类Unix机器上，就用服务器模式；如果部署在Windows上，就是客户端模式；

2、服务器模式通常是多核的大型系统后端；客户端模式通常是给applet这类的客户端程序使用，机器也多为单核。

而老年代的垃圾回收器CMS使用的是标记清理算法：标记出哪些是垃圾对象，然后就把它们清理掉。但这可能会造成内存碎片过多，导致空间严重浪费。因此，CMS采取GC线程 + 工作线程同时执行的方式。

CMS的一次典型垃圾回收过程如下：

1、初始标记阶段。初始标记意味着系统要进入Stop the World状态，仅仅标记出所有被GC Roots直接引用的对象（方法的局部变量和静态变量），并不会执行清理。

2、并发标记阶段。系统程序恢复运行，GC线程则会尽可能对全部老年代里已有对象进行GC Roots追踪（即弄清全部老年代里的对象是否被引用了）。

3、重新标记阶段。系统程序再次被禁止运行，对在上一阶段程序运行时状态发生变更的对象进行标记。

4、最后是并发清理阶段。系统程序再次恢复运行，清理掉之前标记为垃圾的对象即可。

因此这就可以解释为什么老年代会比年轻代速度慢很多了。主要就是CMS会导致资源紧张。系统线程和GC线程同时工作，会导致有限的CPU资源被占用，尤其是进行GC Roots时。

CMS默认启动的GC线程数量 = （CPU核数 + 3） / 4。

在第四阶段（即并发清理阶段），会产生浮动垃圾，即GC本身产生的新垃圾。

浮动垃圾要等到下一次Minor GC时才会被回收。所以JVM会预留一些空间，保证在CMS期间让存活对象能进入老年代。前面也说过CMS的触发时机就是当老年代内存占用达到一定比例时启动。-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction参数就是用来设置这个阈值，超过设定值则开启CMS（JDK1.8已不建议使用）。JDK8的默认比例值是92%，具体原因可以参考这个官方链接：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/cms.html

另外，CMS执行时会遇到一个Concurrent Mode Failure问题：也就是当要进入到老年代的存活对象大于可用内存空间时，意味着CMS执行失败。此时会自动用Serial Old代替CMS——强行Stop the World，垃圾回收完成后再恢复系统线程。

执行GC时产生的内存碎片由这两个JVM参数决定：

1、-XX:UseCMSCompactAtFullCollection参数会默认打开，避免CMS产生的内存碎片问题，意思是Full GC之后再次进行Stop the World，清理碎片（JDK1.8已不建议使用）；

2、-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction参数表示执行多少次Full GC之后再进行碎片清理（默认0，表示每次都清理，JDK1.8已不建议使用）。

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