JVM(二) GC算法与分代回收策略

Posted 2023-04-07

参考技术A

可达性分析算法是从离散数学中的图论引入的，jvm把内存中所有的对象之间的引用关系看作一张图，通过一组名为 GC Root 的对象作为起始点，从这些节点开始向下搜索，搜索所走过的路径称为引用链，最后通过判断对象的引用链是否可达来决定对象是否可以被回收。如下图所示：

在java中，有以下几种对象可以作为GC Root：

从GC Roots集合开始，将内存整个遍历一次，保留所有可以被GC Roots直接或间接引用到的对象，而剩下的对象都当作垃圾对待并回收，过程分为两步：

如下图所示：

将现有的内存空间分为两块，每次只使用其中一块，在垃圾回收时将正在使用的内存中存活对象复制到未被使用的内存块中。之后，清除正在使用的内存块中的所有对象，交换两个内存的角色，完成垃圾回收。

需要先从根节点开始对所有可达对象做一次标记，之后，并不是简单地清理未标记的对象，而是将所有的存活对象压缩到内存的一段。最后，清理边界外所有的空间。

JVM提供了相应的GC日志，在GC执行垃圾回收事件的时候，会有各种相应的log被打印出来，其中新生代与老年代的打印日志是有区别的。

GC Log分析相关的Java命令参数：

判断对象是否存活可以通过GC Roots的引用可达性来判断，JVM中的引用关系有四种,根据引用强度由强到弱，分别是：强引用，软引用，弱引用，虚引用

JVM 分代GC策略分析

我们以Sun HotSpot VM来进行分析，首先应该知道，如果我们没有指定任何GC策略的时候，JVM默认使用的GC策略。Java虚拟机是按照分代的方式来回收垃圾空间，我们应该知道，垃圾回收主要是针对堆（Heap）内存进行分代回收，将对内存可以分成新生代（Young Generation）、年老代（Tenured Generation）和永久代（Permanent Generation）三个部分。

分代GC

分代GC包括如下三代：

• 新生代（Young Generation）

新生代有划分为Eden、From Survivor和To Survivor三个部分，他们对应的内存空间的大小比例为8:1:1，也就是，为对象分配内存的时候，首先使用Eden空间，经过GC后，没有被回收的会首先进入From Survivor区域，任何时候，都会保持一个Survivorq区域（From Survivor或To Survivor）完全空闲，也就是说新生代的内存利用率最大为90%。From Survivor和To Survivor两个区域会根据GC的实际情况，进行互换，将From Survivor区域中的对象全部复制到To Survivor区域中，或者反过来，将To Survivor区域中的对象全部复制到From Survivor区域中。

• 年老代（Tenured Generation）

GC过程中，当某些对象经过多次GC都没有被回收，可能会进入到年老代。或者，当新生代没有足够的空间来为对象分配内存时，可能会直接在年老代进行分配。

• 永久代（Permanent Generation）

永久代实际上对应着虚拟机运行时数据区的“方法区”，这里主要存放类信息、静态变量、常量等数据。一般情况下，永久代中对应的对象的GC效率非常低，因为这里的的大部分对象在运行都不要进行GC，它们会一直被利用，直到JVM退出。

 分代GC算法选择

• 新生代

通常情况下会有大量的对象需要分配内存，而且他们的生命周期很短，所以新生代的GC吞吐量很高，大部分对象都要被回收，从而，剩下的活跃对象比较少，所以新生代适合使用复制算法来进行GC，这样保证复制的数据的量较小，效率最好。

• 年老代

很多对象经过多次GC以后，经过Eden Space，多次经过From Survivor和To Survivor之后才会进入年老代，而且对象在年老代的存活时间比较长，如果进行使用复制算法来进行GC，需要移动大量的对象，导致效率很低。所以，年老代适合使用标记-清除算法（或者标记-清除-整理），需要被GC的对象很少，那么标记的对象就很少，在对标记的对象进行回收，效率就会很高。

默认GC策略

我们看一下，默认情况下，JVM针对上述不同的分代区域，使用哪些GC策略，如表所示：

运行模式	新生代垃GC策略	年老代GC策略
Client	Serial GC	Serial Old GC
Server	Parallel Scavenge  GC	Serial Old GC（PS MarkSweep）

平时我们运行Java程序，没有指定任何选项的时候，默认根据上面的GC策略搭配进行GC。

GC策略搭配

在进行JVM调优的过程中，并非任何一种新生代GC策略都可以和另一种年老代GC策略进行配合工作，所以，我们应该知道，哪些种组合可以有效地进行GC，而且应该在什么样的应用场景下选择哪一种组合，如下表所示：

	新生代GC策略	年老代GC策略	说明
组合1	Serial	Serial Old	Serial和Serial Old都是单线程进行GC，特点就是GC时暂停所有应用线程。
组合2	Serial	CMS+Serial Old	CMS（Concurrent Mark Sweep）是并发GC，实现GC线程和应用线程并发工作，不需要暂停所有应用线程。另外，当CMS进行GC失败时，会自动使用Serial Old策略进行GC。
组合3	ParNew	CMS	使用-XX:+UseParNewGC选项来开启。ParNew是Serial的并行版本，可以指定GC线程数，默认GC线程数为CPU的数量。可以使用-XX:ParallelGCThreads选项指定GC的线程数。 如果指定了选项-XX:+UseConcMarkSweepGC选项，则新生代默认使用ParNew GC策略。
组合4	ParNew	Serial Old	使用-XX:+UseParNewGC选项来开启。新生代使用ParNew GC策略，年老代默认使用Serial Old GC策略。
组合5	Parallel Scavenge	Serial Old	Parallel Scavenge策略主要是关注一个可控的吞吐量：应用程序运行时间 / (应用程序运行时间 + GC时间)，可见这会使得CPU的利用率尽可能的高，适用于后台持久运行的应用程序，而不适用于交互较多的应用程序。
组合6	Parallel Scavenge	Parallel Old	Parallel Old是Serial Old的并行版本

 

参考链接

• http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/gc-tuning-6-140523.html
• http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html
• http://blog.csdn.net/zhangren07/article/details/6270895

来源： http://shiyanjun.cn/archives/397.html

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