Java12新特性 -- 可中断的G1 Mixed GC

Posted 2021-03-24 西北野狼

Java 12 中增强了 G1 垃圾收集器关于混合收集集合的处理策略，这节主要介绍在 Java 12 中同时也对 G1垃圾回收器进行了改进，使其能够在空闲时自动将 Java 堆内存返还给操作系统，这也是 Java 12 中的另外一项重大改进。

目前 Java 11 版本中包含的 G1 垃圾收集器暂时无法及时将已提交的 Java 堆内存返回给操作系统。为什么呢？ G1目前只有在full GC或者concurrent cycle（并发处理周期）的时候才会归还内存，由于这两个场景都是G1极力避免的，因此在大多数场景下可能不会及时归还committed Java heap memory给操作系统。除非有外部强制执行。

在使用云平台的容器环境中，这种不利之处特别明显。即使在虚拟机不活动，但如果仍然使用其分配的内存资源，哪怕是其中的一小部分，G1 回收器也仍将保留所有已分配的 Java 堆内存。而这将导致用户需要始终为所有资源付费，哪怕是实际并未用到，而云提供商也无法充分利用其硬件。如果在此期间虚拟机能够检测到 Java 堆内存的实际使用情况，并在利用空闲时间自动将 Java 堆内存返还，则两者都将受益。

具体操作

为了尽可能的向操作系统返回空闲内存，G1 垃圾收集器将在应用程序不活动期间定期生成或持续循环检查整体 Java堆使用情况，以便 G1 垃圾收集器能够更及时的将 Java 堆中不使用内存部分返还给操作系统。对于长时间处于空闲状态的应用程序，此项改进将使 JVM 的内存利用率更加高效。

而在用户控制下，可以可选地执行Full GC，以使返回的内存量最大化。

JDK12的这个特性新增了两个参数分别是G1 PeriodicGCInterval及G1 PeriodicGCSystemLoadThreshold，设置为0的话，表示禁用。如果应用程序为非活动状态，在下面两种情况任何一个描述下，G1 回收器会触发定期垃圾收集：

• 自上次垃圾回收完成以来已超过 G1PeriodicGCInterval ( milliseconds )， 并且此时没有正在进行的垃圾回收
  任务。如果 G1PeriodicGCInterval 值为零表示禁用快速回收内存的定期垃圾收集。
• 应用所在主机系统上执行方法 getloadavg()，默认一分钟内系统返回的平均负载值低于
  G1PeriodicGCSystemLoadThreshold指定的阈值，则触发full GC或者concurrent GC( 如果开启
  G1PeriodicGCInvokesConcurrent )，GC之后Java heap size会被重写调整，然后多余的内存将会归还给操作系统。如果 G1PeriodicGCSystemLoadThreshold 值为零，则此条件不生效。

如果不满足上述条件中的任何一个，则取消当期的定期垃圾回收。等一个 G1PeriodicGCInterval 时间周期后，将重新考虑是否执行定期垃圾回收。

G1 定期垃圾收集的类型根据 G1PeriodicGCInvokesConcurrent 参数的值确定：如果设置值了，G1 垃圾回收器将继续上一个或者启动一个新并发周期；如果没有设置值，则 G1 回收器将执行一个Full GC。在每次一次 GC 回收末尾，G1 回收器将调整当前的 Java 堆大小，此时便有可能会将未使用内存返还给操作系统。新的 Java 堆内存大小根据现有配置确定，具体包括下列配置：- XX:MinHeapFreeRatio、-XX:MaxHeapFreeRatio、-Xms、-Xmx。

默认情况下，G1 回收器在定期垃圾回收期间新启动或继续上一轮并发周期，将最大限度地减少应用程序的中断。如果定期垃圾收集严重影响程序执行，则需要考虑整个系统 CPU 负载，或让用户禁用定期垃圾收集。