Java虚拟机垃圾收集器分析 基本回收算法 垃圾回收器

Posted 2022-02-06 你是我的天晴

java虚拟机垃圾收集器分析

1 、活动对象

追踪 root 对象算法： 深度追踪 root 对象，将 heap 中所有被引用到的 root
做标志，所有未被标志的对象视为非活动对象，所占用的空间视为非活动内存。

2 、常用算法

• Copy 算法

   1  方法：将内存分为两个区域（ from space 和 to space ）。所有的对象分配内存都分配到 from space 。在清理非活动对象阶段，把所有标志为活动的对象， copy 到 to space ，之后清楚 from space 空间。然后互换 from sapce 和 to space 的身份。既原先的 from space 变成 to sapce ，原先的 to space 变成 from space 。每次清理，重复上述过程。
   
   2  优点： copy 算法不理会非活动对象， copy 数量仅仅取决为活动对象的数量。并且在 copy 的同时，整理了 heap 空间，即， to space 的空间使用始终是连续的，内存使用效率得到提高。
   
   3  缺点：划分 from space 和 to space ，内存的使用率是 1 ／ 2 。一般在 Young Generation 中使用。
  

• Compaction 算法

   1  方法：在清理非活动对象阶段，删除非活动对象占用内存，并且把活动对象向 heap 的底部移动，直到所有的活动对象被移到 heap 的一侧。
   
   2  优点：无须划分 from sapce 和 to space ，提高内存的使用率。并且 compaction 后的内存空间也是连续分配的。
   
   3  缺点：该算法相对比较复杂。一般在 Tenured Generation 中使用
  

内存划分

1. Young Generation

   1  生命周期很短的对象，归为 young generation 。由于生命周期很短，这部分对象在 gc 的时候，很大部分的对象已经成为非活动对象。因此针对 young  generation 的对象，采用 copy 算法，只需要将少量的存活下来的对象 copy 到 to space 。存活的对象数量越少，那么copy 算法的效率越高。
   
   2  young generation 的 gc 称为 minor gc 。经过数次 minor gc ，依旧存活的对象，将被移出 young generation ，移到 tenured generation
   
   3  young generation 分为：
   
   	1  eden ：每当对象创建的时候，总是被分配在这个区域
   	
   	2  survivor1 ： copy 算法中的 from space
   	
   	3  survivor2 ： copy 算法中的 to sapce （备注：其中 survivor1 和 survivor2 的身份在每次 minor gc 后被互换）
   	
   	4  minor gc 的时候，会把 eden+survivor1(2) 的对象 copy 到 survivor2(1) 去。
   

2. Tenured Generation

   1  生命周期较长的对象，归入到 tenured generation 。一般是经过多次 minor gc ，还 依旧存活的对象，将移入到 tenured generation 。（当然，在 minor gc 中如果存活的对象的超过 survivor 的容量，放不下的对象会直接移入到 tenured generation ）
   
   2  tenured generation 的 gc 称为 major gc ，就是通常说的 full gc 。
   
   3  采用 compactiion 算法。由于 tenured generaion 区域比较大，而且通常对象生命周期都比较常， compaction 需要一定时间。所以这部分的 gc 时间比较长。
   
   4  minor gc 可能引发 full gc 。当 eden ＋ from space 的空间大于 tenured generation 区的剩余空间时，会引发 full gc 。这是悲观算法，要确保 eden ＋ from space 的对象如果都存活，必须有足够的 tenured generation 空间存放这些对象。
   

3. Permanet Generation

   1  该区域比较稳定，主要用于存放 classloader 信息，比如类信息和 method 信息。
   
   2 对于 spring hibernate 这些需要动态类型支持的框架，这个区域需要足够的空间。
   

算法补充：

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，不过出现“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）

实施垃圾回收算法，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（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。

垃圾回收器

垃圾回收器选择

JVM给出了3种选择：串行收集器、并行收集器、并发收集器。串行收集器只适用于小数据量的情况，所以生产环境的选择主要是并行收集器和并发收集器。
默认情况下JDK5.0以前都是使用串行收集器，如果想使用其他收集器需要在启动时加入相应参数。JDK5.0以后，JVM会根据当前系统配置进行智能判断。

• 串行收集器

-XX:+UseSerialGC：设置串行收集器。
并行收集器（吞吐量优先）
-XX:+UseParallelGC：设置为并行收集器。此配置仅对年轻代有效。即年轻代使用并行收集，而年老代仍使用串行收集。
-XX:ParallelGCThreads=20：配置并行收集器的线程数，即：同时有多少个线程一起进行垃圾回收。此值建议配置与CPU数目相等。
-XX:+UseParallelOldGC：配置年老代垃圾收集方式为并行收集。JDK6.0开始支持对年老代并行收集。
-XX:MaxGCPauseMillis=100：设置每次年轻代垃圾回收的最长时间（单位毫秒）。如果无法满足此时间，JVM会自动调整年轻代大小，以满足此时间。
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy：设置此选项后，并行收集器会自动调整年轻代Eden区大小和Survivor区大小的比例，以达成目标系统规定的最低响应时间或者收集频率等指标。此参数建议在使用并行收集器时，一直打开。

• 并发收集器（响应时间优先）

-XX:+UseConcMarkSweepGC：即CMS收集，设置年老代为并发收集。CMS收集是JDK1.4后期版本开始引入的新GC算法。它的主要适合场景是对响应时间的重要性需求大于对吞吐量的需求，能够承受垃圾回收线程和应用线程共享CPU资源，并且应用中存在比较多的长生命周期对象。CMS收集的目标是尽量减少应用的暂停时间，减少Full GC发生的几率，利用和应用程序线程并发的垃圾回收线程来标记清除年老代内存。
-XX:+UseParNewGC：设置年轻代为并发收集。可与CMS收集同时使用。JDK5.0以上，JVM会根据系统配置自行设置，所以无需再设置此参数。
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：由于并发收集器不对内存空间进行压缩和整理，所以运行一段时间并行收集以后会产生内存碎片，内存使用效率降低。此参数设置运行0次Full GC后对内存空间进行压缩和整理，即每次Full GC后立刻开始压缩和整理内存。
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：打开内存空间的压缩和整理，在Full GC后执行。可能会影响性能，但可以消除内存碎片。
-XX:+CMSIncrementalMode：设置为增量收集模式。一般适用于单CPU情况。
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70：表示年老代内存空间使用到70%时就开始执行CMS收集，以确保年老代有足够的空间接纳来自年轻代的对象，避免Full GC的发生。
其它垃圾回收参数
-XX:+ScavengeBeforeFullGC：年轻代GC优于Full GC执行。
-XX:-DisableExplicitGC：不响应 System.gc() 代码。
-XX:+UseThreadPriorities：启用本地线程优先级API。即使 java.lang.Thread.setPriority() 生效，不启用则无效。
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0：软引用对象在最后一次被访问后能存活0毫秒（JVM默认为1000毫秒）。
-XX:TargetSurvivorRatio=90：允许90%的Survivor区被占用（JVM默认为50%）。提高对于Survivor区的使用率。
辅助信息参数设置
-XX:-CITime：打印消耗在JIT编译的时间。
-XX:ErrorFile=./hs_err_pid.log：保存错误日志或数据到指定文件中。
-XX:HeapDumpPath=./java_pid.hprof：指定Dump堆内存时的路径。
-XX:-HeapDumpOnOutOfMemoryError：当首次遭遇内存溢出时Dump出此时的堆内存。
-XX:OnError=";"：出现致命ERROR后运行自定义命令。
-XX:OnOutOfMemoryError=";"：当首次遭遇内存溢出时执行自定义命令。
-XX:-PrintClassHistogram：按下 Ctrl+Break 后打印堆内存中类实例的柱状信息，同JDK的 jmap -histo 命令。
-XX:-PrintConcurrentLocks：按下 Ctrl+Break 后打印线程栈中并发锁的相关信息，同JDK的 jstack -l 命令。

小结

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：应用响应时间可能较长
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。