java的内存布局大致如下图所示:
标记-清除算法分为标记和清除两个阶段:首先标记出需要回收的对象,在标记完成后统一回收所有被标记的对象。 存在的问题: 一是效率低,标记和清除两个过程效率都不高。二是空间问题,标记清除后会产生大量的不连续的内存碎片。空间碎片太多会导致程序在运行过程中需要分配较大对象时无法找到连续内存而不得不提前触发GC。
为了解决效率问题,复制算法应运而生。它将可用内存分为大小相等的两块,每次只使用其中一块,当其中一块内存耗尽,触发GC时就将还存在的对象复制到另外一块内存上面,然后再把已使用过的内存空间一次性清除。这样实现了对整个半区的GC,内存分配时完全不用考虑碎片的情况。缺点在于这种算法将内存的可用大小缩小了一半。
复制算法当对象存活率较高的情况时,照样会出现效率低下的问题,另外内存要浪费50%。为了避免上述问题,出现了 标记-整理算法。(mark-compact) 其标记过程与标记-清除算法一样,但后续步骤不直接清除,而是让所有存活的对象都向一端移动,然后直接清理掉边界以外的内存。
根据对象的存活周期将内存分为几块,如当前hotsport就分为新生代和老年代,然后在各个年代采用不同的收集算法。新生代采用复制算法,老年代采用标记清除或者标记整理算法。
jvm1.8中支持的垃圾收集器见下图:
上图表示不同的GC收集器的组合,根据业务场景的不同,结合各垃圾收集器的特点,在年轻代和老年代我们可以使用不同的垃圾收集器。
Serial收集器是一个单线程收集器,只会使用一条线程去收集,同时需要暂停其他所有工作线程,直至收集结束。
优点: 简单高效,在单CPU环境中没有线程开销,可以获得最大的效率。 适用于运行在Client模式下的虚拟机。
ParNew收集器是Serial收集器的多线程版本,除了多线程收集之外,其余包括控制参数、收集算法、对象分配规则、回收策略等都与Serial收集器一样。
ParNew收集器是jvmServer模式下的首选新生代收集器,除Serial收集器外,只有ParNew收集器能与CMS收集器配合工作。默认开启的收集线程数与CPU的数量相同。可以通过 -XX:parallelGCThreads参数来限制垃圾收集的线程数。
Parallel Scavenge收集器是一个新生代收集器,也采用复制算法,并行多线程收集。特点在于达到一个可控目标吞吐量(Throughput)。 吞吐量 = 运行用户代码的时间/(运行用户代码的时间+GC耗时)。 -XX:MaxGCPauseMillis 设置停顿时间。 -XX:GCTimeratio 设置吞吐量。 Parallel Scavenge收集器 能够根据上述两个参数进行自适应调节。 需要注意的是,该收集器只能用于年轻代,只能与Serial Old或者Parallel Old搭配使用。
Serial Old收集器是Serial收集器的老年代版本,同样式一个单线程收集器,使用标记整理算法。收集器的主要意义也是提供给Client模式下使用,在Server模式下,其主要作用有:
Parallel Old收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本,使用多线程的标记整理算法。 在注重吞吐量以及CPU资源敏感的场合,优先考虑Parallel Scavenge和Parallel Old的组合进行收集。
CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获得最短回收停顿时间为目标的收集器。主要应用在互联网或BS系统的服务器上,这类应用尤其重视服务器的响应速度,希望停顿时间最短,以给用户最好的体验。 CMS时基于标记清除算法实现的,主要分为4个步骤: 初始标记(CMS initial mark):标记GC Roots能直接关联到的对象,速度很快。 并发标记(CMS concurrent mark):进行roots tracing过程。 重新标记(CMS remark):修正并发标记阶段因用户程序继续运作而导致标记产生变动的哪一部分对象的标记记录,这个极端停顿时间比初始标记长。但远比并发标记短。 并发清除(CMS concurrent sweep):回收资源。 上述步骤中,初始标记、重新标记这两个步骤需要停止所有线程。
CMS收集器缺点:
G1 收集器是在CMS收集器基础之上的一个升级。其主要的思路是,在G1之前的任何垃圾收集器中,分代的思想,都是讲内存分为地址连续的几部分来进行分代管理和GC。 但是随着jvm heap内存的不断增加,我们知道,在不少应用中可能会用到诸如32G这样大的heap内存。这就对原有的分代收集带来了新的挑战,无论采取什么垃圾回收算法,到会导致由于heap内存的增大导致的一次GC耗时特别长。 heap内存的回收耗时无法预计。为了解决这个问题,G1增加了region的概念。将heap内存分为一个个大小相等的Region,Region的范围为 1M- 32M。可以根据需要自行配置。(-XX:G1HeapRegionSize=?)
通过上图可以发现,在G1中,首先将内存划分为大小相等的Region,之后再在这些Region之上来进行分代划分。这样每个代都将是不连续的Region组成。 为什么要这么做呢,其最终目的都是为了实现可控的StopTheWorld的时间。
此外,关于G1,还需要知道的几个概念:
G1收集器将java堆从一个整体收集变成了一个个Region进行收集,收集的过程中,采用垃圾优先,也就是会计算每个Region的垃圾回收情况,回收最有利的Region。 回收的模式分为:Young GC,Mixed GC和FullGC。
回收的CSet就是所有年轻代里面的Region。 过程为:
Mixed GC: CSet是所有年轻代里的Region加上在全局并发标记阶段标记出来的收益高的老年代Region; 1、全局并发标记(global concurrent marking) 全局并发标记包括5个步骤:
2、拷贝存活对象(evacuation)
需要非常注意的是,G1的FullGC将是采用Serial收集器进行。 这将会导致STW发生,这个时间直到收集完成为止。 G1的GC过程会在Young GC和Mixed GC之间不断地切换运行,同时定期地做全局并发标记,在实在赶不上对象创建速度的情况下使用Full GC。 因此,这也是我们调优的时候需要重点关注的,G1的退化情况。调优的目的是尽量保证退化的情况不出现。
本文对JVM中的各种GC回收器进行了总结,在配置GC回收策略的时候,我们需要结合我们的业务场景来进行: