Throughtput收集器

Posted 2020-11-02 yunxitalk

介绍

    JVM里面的Throughtput收集器是一款关注吞吐量的垃圾收集器。该收集器是唯一一个实现了UseAdaptiveSizePolicy策略的收集器，允许用户通过指定最大暂停时间和垃圾收集时间占总时间的百分比，然后自适应调整JVM的参数来达到配置的目标。

Throughtput收集器

    先上一张经典的垃圾收集器的图：

    这张图相信很多人都看过，展示了各个垃圾收集器之间的搭配。平时我们说的Throughtput收集器就是图中红线框起来的几个收集器。下面会分别来介绍一些这几个收集器的特点和作用。

ParallelScavenge收集器

    ParallelScavenge收集器收集的是新生代，使用的是Scavenge GC(Copying GC的另外一种叫法)。该收集器是并行的，可以同时多个线程一起执行copying阶段，在多处理器的场景下可以尽最大可能的提高minor gc的效率。ParallelScavenge收集器的目的是达到一个可控制的吞吐量，吞吐量=运行用户代码的时间/(运行用户代码的时间+垃圾收集的时间)，虚拟机总共运行100分钟，其中垃圾收集器运行了1分钟，那么吞吐量就是99%。
    关于ParallelScavenge收集器有个有趣的来历。HotSpot VM的开发者在开发垃圾收集器的时候都是在分代式框架中开发，并且希望第三方的开发者也是在这个框架中开发自定义的收集器，这样可以和其他收集器很好的配合在一起使用。后来有个开发者不想使用这个框架，于是靠一己之力实现了没有用框架的并行GC，并且这个并行GC的性能还是相当不错的，于是这个并行的GC就被放到了HotSpot VM里，这就是我们看到的ParallelScavenge收集器。这也是为什么这个收集器没法跟CMS配合使用，因为他们根本就不在一个框架内。
    在使用ParallelScavenge收集器的时候，需要关于关注以下两个配置参数：
1、MaxGCPauseMills，这个参数控制允许GC最长的暂停时间，参数允许的值是一个大于0的毫秒数。设置该参数之后，VM会通过控制新生代的大小来达到暂停时间长短的控制的。不要认为把这个参数设置的越小越好，参数越小意味着新生代的空间越小，导致新生代执行垃圾收集的次数增加。举个例子，原来10秒钟执行一次minor gc，每次暂停100毫秒，现在把允许的暂停时间调低成80毫秒，可能导致每5秒钟就会执行一次minor gc，停顿时间降低了，但是吞吐量也下降了。
2、GCTimeRatio，垃圾收集时间占总时间的比率。该参数的值应该是一个大于0小于100的整数。如果把此参数设置为19,那允许的最大GC时间就占总时间的5% (即1 /(1 + 19)),默认值为99，就是允许最大1% (即1 /(1+99))的垃圾收集时间。
    通过调整这两个参数就可以实现对吞吐量和暂停时间的控制，用户不用去关心新生代该设置多少，老年代该设置多少，只需要设置好这两个值，剩下的就交给虚拟机吧，它会帮你调整好对应的大小。新生代可以通过这种方式实现，那么老年代是否也有类似的方式来实现呢，答案是有的，就是图中的Parralled Old。

Parralled Old收集器

    Parralled Old收集器是ParallelScavenge的老年代版本。使用的算法是Mark-Compact。Parralled Old收集器是在JDK1.6之后才出现的，在此之前如果新生代选择使用ParallelScavenge，那么老年代只能选择使用Serial Old，也就是说只能使用单线程收集，为了弥补这个不足，于是开发了Parallel Old收集器。有了Parallel Old收集器之后，Throughtput收集器才真正显示出它的强大之处，在吞吐量和CPU敏感的情况下，都可以考虑使用Parallel Scavenge+Parallel Old的组合。
    Paralled Old收集器的运行示意图如下：

Serial Old收集器

    Serial Old收集器是一款传统的单线程垃圾收集器，使用Mark-Sweep-Compact算法。这个收集器主要是在Client模式下使用。该收集器的用途有两个：一个是在JDK1.5之前与ParallelScavenge收集器配合使用；第二个用途是作为CMS收集器的后备预案，在CMS发生并发模式失效的时候使用Serial Old收集器进行一次完整的STW的垃圾回收。
    Serial Old收集器的运行示意图如下：

收集器配置

    在JDK1.8下，使用Throughtput收集器有两种配置：
1、-XX:+UseParallelGC或者-XX:+UseParallelOldGC，这两个配置下任选一个使用的收集器都是ParallelScavenge+Parralled Old。这与网上大多数说介绍是不一样的，网上大多数介绍是说UseParallelGC配置下使用的是ParallelScavenge+Serial Old，JDK1.8下已经进行了统一，Serial Old已经不再是默认的选择。
2、如果想使用Serial Old作为老年代的垃圾收集器可以这样配置：-XX:+UseParallelGC -XX:-UseParallelOldGC。

GC日志说明

    -XX:+UseParallelGC或者-XX:+UseParallelOldGC参数下的日志：

[java] view plain copy

 

1. 2018-04-29T14:55:42.360-0800: [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 1421K->0K(76288K)] [ParOldGen: 8K->1257K(175104K)] 1429K->1257K(251392K), [Metaspace: 3205K->3205K(1056768K)], 0.0054702 secs] [Times: user=0.02 sys=0.01, real=0.00 secs]  

 -XX:+UseParallelGC -XX:-UseParallelOldGC参数下的日志：

[java] view plain copy

 

1. 2018-04-29T15:05:43.409-0800: [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 1449K->0K(76288K)] [PSOldGen: 8K->1265K(175104K)] 1457K->1265K(251392K), [Metaspace: 3206K->3206K(1056768K)], 0.0034926 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs]  

   我使用了System.gc()分别在两种配置下触发GC，通过对比可以发现只有在老年代的收集下是不一样的，第一个用的是ParOldGen，对应的是Parralled Old收集器；第二个用的是PSOldGen，对应的是Serial Old收集器。新生代收集日志PSYoungGen对应的就是Parallel Scavenge收集器。

收集器调优

    在使用Throughtput收集器的时候强烈不建议手动指定新生代大小和老年代大小，因为这将废弃虚拟机的自适应调整策略。也就意味着你配置的MaxGCPauseMills和GCTimeRatio参数很难真正起作用。用户只需要指定最大最小堆内存，以及MaxGCPauseMills和GCTimeRatio参数即可，剩下的交给VM去处理吧，它会帮你调整到最佳状态，这也是非常人性化的。VM具体的调整包含调整新生代和老年代的大小，以及调整新生代晋升到老年代的年龄等。
    以上设置的参数，MaxGCPauseMills优先级最高，如果设置了这个值，新生代和老年代会随之进行调整，直到满足对应的停顿时间的目标。一旦这个目标达成，堆的总容量开始增大，直到运行时间达到比率GCTimeRatio设定值。这两个目标达成后，JVM尝试缩小堆大小，尽可能以最小堆来满足这两个目标。

其他的一些东西

ParNew与Parallel Scavenge对比

    ParNew也是一个新生代的并行GC，ParNew的存在主要是为了配合CMS使用，如果没有ParNew，CMS只能搭配单线程垃圾回收。ParNew与Parallel Scavenge对比有以下几种不同：
1、ParNew使用的是广度优先来遍历对象图，Parallel Scavenge使用的是深度优先来遍历对象图
2、ParNew没有实现UseAdaptiveSizePolicy策略，而Parallel Scavenge实现了这个策略
3、ParNew可以和CMS搭配使用，而Parallel Scavenge不能与CMS搭配使用

并行GC线程数

    通过-XX:ParallelGCThreads=X来设置并行GC的线程数量，默认情况下跟处理器个数一致。

总结

1、Throughtput收集器有两种参数，Minor GC和Full GC
2、通过Throughtput收集器的动态调整策略是垃圾回收调优的很好切入点，能有效的减少JVM内存使用
3、当需要追求吞吐量的时候，Throughtput总是一个不错的选择