JDK1.8使用的垃圾回收器和執(zhí)行GC的時(shí)長(zhǎng)以及GC的頻率

GC介紹        

GC就是垃圾回收器。因?yàn)閮?nèi)存空間是有限的，創(chuàng)建的每個(gè)對(duì)象和變量都會(huì)占據(jù)內(nèi)存，gc做的就是對(duì)象清除將內(nèi)存釋放出來(lái)。其中堆是虛擬機(jī)中進(jìn)行垃圾回收的主要場(chǎng)所，其次是方法區(qū)。

垃圾回收器 

新生代收集器：       

• Serial：是一類用于新生代的單線程收集器，采用復(fù)制算法。        
• ParNew：是Serial的多線程版本。        
• Parallel Scavenge：多線程收集器，其注重點(diǎn)在于盡可能的縮短垃圾收集時(shí)用戶線程的停頓時(shí)間。

老年代收集器：       

• Serial Old：是Serial收集器的老年代版本，也是單線程收集器，采用標(biāo)記-整理算法。        
• Parallel Old：是Parallel收集器的老年代版本，采用標(biāo)記-整理算法。        
• CMS：一種以獲取最短回收停頓時(shí)間為目標(biāo)的收集器。采用的算法是“標(biāo)記-清除”。

新生代和老年代收集器：

G1收集器：G1收集器是一款面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器，目前是JDK9的默認(rèn)垃圾收集器。

Java詳細(xì)信息

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

cmd展示信息：

C:\Users\xx>java -XX:+PrintCommandLineFlags -version
-XX:InitialHeapSize=266295296 -XX:MaxHeapSize=4260724736 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC
java version "1.8.0_91"
Java(TM) SE Runtime Environment (build 1.8.0_91-b14)
Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (build 25.91-b14, mixed mode)

JDK1.8默認(rèn)使用的垃圾回收器是-XX:+UseParallelGC，代表為 “Parallel Scavenge” + “Parallel Old”。

在JVM中垃圾回收器配置實(shí)現(xiàn)的搭配組合如下：

GC優(yōu)化條件

若滿足一下條件，則GC一般不需要優(yōu)化。

• Minor GC執(zhí)行時(shí)間不超過(guò)50ms;
• Minor GC執(zhí)行不頻繁，大概10秒執(zhí)行一次；
• Full GC執(zhí)行時(shí)間不到1s;
• Full GC執(zhí)行頻率不算頻繁，不低于10分鐘1次。

垃圾收集器分類與GC性能指標(biāo)

概述

垃圾收集器沒(méi)有在規(guī)范中進(jìn)行過(guò)多的規(guī)定，可以由不同的廠商、不同版本的JVM來(lái)實(shí)現(xiàn)。

由于JDK的版本處于高速迭代過(guò)程中，因此Java發(fā)展至今已經(jīng)衍生了眾多的GC版本。

從不同角度分析垃圾收集器，可以將GC分為不同的類型。

Java不同版本新特性：

• 語(yǔ)法層面：Lambda表達(dá)式、switch、自動(dòng)拆箱裝箱、enum
• API層面：Stream API、新的日期時(shí)間、Optional、String、集合框架
• 底層優(yōu)化：JVM優(yōu)化、GC的變化、元空間、靜態(tài)域、字符串常量池位置變化

垃圾收集器分類

(一)、按線程數(shù)分（垃圾回收線程數(shù)），可以分為：串行垃圾回收器和并行垃圾回收器

串行回收指的是在同一時(shí)間段內(nèi)只允許有一個(gè)CPU用于執(zhí)行垃圾回收操作，此時(shí)工作線程被暫停（STW），直至垃圾收集工作結(jié)束。

• 在諸如單CPU處理器或者較小的應(yīng)用內(nèi)存等硬件平臺(tái)不是特別優(yōu)越的場(chǎng)合，串行回收器的性能表現(xiàn)可以超過(guò)并行回收器和并發(fā)回收器。所以，串行回收默認(rèn)被應(yīng)用在客戶端的Client模式下的JVM中。
• 在并發(fā)能力比較強(qiáng)的CPU上，并行回收器產(chǎn)生的停頓時(shí)間要短于串行回收器。

和串行回收相反，并行收集可以運(yùn)用多個(gè)CPU同時(shí)執(zhí)行垃圾回收，因此提升了應(yīng)用的吞吐量，不過(guò)并行回收仍然與串行回收一樣，采用獨(dú)占式，使用了“stop-the-world”機(jī)制。

(二)、按工作模式，可以分為：并發(fā)式垃圾回收器和獨(dú)占式垃圾回收器。

• 并發(fā)式垃圾回收器與應(yīng)用程序線程交替工作，以盡可能減少應(yīng)用程序的停頓時(shí)間。
• 獨(dú)占式垃圾回收器（Stop the world）一旦運(yùn)行，就停止應(yīng)用程序中的所有用戶線程，直到垃圾回收過(guò)程完全結(jié)束。

(三)、按碎片處理方式分，可以分為：壓縮式垃圾回收器和非壓縮式垃圾回收器

• 壓縮式垃圾回收器會(huì)在回收完成后，對(duì)存活對(duì)象進(jìn)行壓縮整理，消除回收后的碎片。
• 非壓縮式的垃圾回收器不進(jìn)行這步操作。

(四)、按工作的內(nèi)存區(qū)間分，可以分為：年輕代垃圾回收器和老年代垃圾回收器

評(píng)估GC的性能指標(biāo)

• 吞吐量：運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間的比例（總運(yùn)行時(shí)間 = 程序的運(yùn)行時(shí)間 + 內(nèi)存回收的時(shí)間）
• 垃圾收集開(kāi)銷：吞吐量的補(bǔ)數(shù)，垃圾收集所用時(shí)間與總運(yùn)行時(shí)間的比例。
• 暫停時(shí)間：執(zhí)行垃圾收集時(shí)，程序的工作線程被暫停的時(shí)間。
• 收集頻率：相對(duì)于應(yīng)用程序的執(zhí)行，收集操作發(fā)生的頻率。
• 內(nèi)存占用：Java堆區(qū)所占的內(nèi)存大小。
• 快速：一個(gè)對(duì)象從誕生到被回收所經(jīng)歷的時(shí)間。

吞吐量、暫停時(shí)間、內(nèi)存占用 這三者共同構(gòu)成一個(gè)“不可能三角”。三者總體的表現(xiàn)會(huì)隨著技術(shù)進(jìn)步而越來(lái)越好。一款優(yōu)秀的收集器通常最多同時(shí)滿足其中的兩項(xiàng)。 這三項(xiàng)里，暫停時(shí)間的重要性日益凸顯。因?yàn)殡S著硬件發(fā)展，內(nèi)存占用多些越來(lái)越能容忍，硬件性能的提升也有助于降低收集器運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)用程序的影響，即提高了吞吐量。而內(nèi)存的擴(kuò)大，對(duì)延遲反而帶來(lái)負(fù)面效果。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，主要抓住兩點(diǎn)：

這三項(xiàng)里，暫停時(shí)間的重要性日益凸顯。因?yàn)殡S著硬件發(fā)展，內(nèi)存占用多些越來(lái)越能容忍，硬件性能的提升也有助于降低收集器運(yùn)行時(shí)對(duì)應(yīng)用程序的影響，即提高了吞吐量。而內(nèi)存的擴(kuò)大，對(duì)延遲反而帶來(lái)負(fù)面效果。 簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，主要抓住兩點(diǎn)：

(一)、吞吐量

吞吐量就是CPU用于運(yùn)行用戶代碼的時(shí)間與CPU總消耗時(shí)間的比值，即吞吐量 = 運(yùn)行用戶代碼時(shí)間 /（運(yùn)行用戶代碼時(shí)間 + 垃圾收集時(shí)間）。

比如：虛擬機(jī)總共運(yùn)行了100分鐘，其中垃圾收集花掉1分鐘，那吞吐量就是99%。

這種情況下，應(yīng)用程序能容忍較高的暫停時(shí)間，因此，高吞吐量的應(yīng)用程序有更長(zhǎng)的時(shí)間基準(zhǔn)，快速響應(yīng)是不必考慮的。

吞吐量?jī)?yōu)先，意味著在單位時(shí)間內(nèi)，STW的時(shí)間最短：0.2+0.2 = 0.4。

(二)、暫停時(shí)間

“暫停時(shí)間”是指一個(gè)時(shí)間段內(nèi)應(yīng)用程序線程暫停，讓GC線程執(zhí)行的狀態(tài)。

例如，GC期間100毫秒的暫停時(shí)間意味著在這100毫秒期間內(nèi)沒(méi)有應(yīng)用程序線程是活動(dòng)的。暫停時(shí)間優(yōu)先，意味著盡可能讓單次STW的時(shí)間最短：0.1+0.1 + 0.1+ 0.1+ 0.1 = 0.5。

(三)、吞吐量vs暫停時(shí)間

高吞吐量較好，因?yàn)檫@會(huì)讓?xiě)?yīng)用程序的最終用戶感覺(jué)只有應(yīng)用程序線程在做“生產(chǎn)性”工作。直覺(jué)上，吞吐量越高程序運(yùn)行越快。

低暫停時(shí)間（低延遲）較好，因?yàn)閺淖罱K用戶的角度來(lái)看不管是GC還是其他原因?qū)е乱粋€(gè)應(yīng)用被掛起始終是不好的。這取決于應(yīng)用程序的類型，有時(shí)候甚至短暫的200毫秒暫停都可能打斷終端用戶體驗(yàn)。因此，具有低的較大暫停時(shí)間是非常重要的，特別是對(duì)于一個(gè)交互式應(yīng)用程序。

不幸的是”高吞吐量”和”低暫停時(shí)間”是一對(duì)相互競(jìng)爭(zhēng)的目標(biāo)（矛盾）。

因?yàn)?strong>如果選擇以吞吐量?jī)?yōu)先，那么必然需要降低內(nèi)存回收的執(zhí)行頻率，但是這樣會(huì)導(dǎo)致GC需要更長(zhǎng)的暫停時(shí)間來(lái)執(zhí)行內(nèi)存回收。

相反的，如果選擇以低延遲優(yōu)先為原則，那么為了降低每次執(zhí)行內(nèi)存回收時(shí)的暫停時(shí)間，也只能頻繁地執(zhí)行內(nèi)存回收，但這又引起了年輕代內(nèi)存的縮減和導(dǎo)致程序吞吐量的下降。

在設(shè)計(jì)（或使用）GC算法時(shí)，我們必須確定我們的目標(biāo)：一個(gè)GC算法只可能針對(duì)兩個(gè)目標(biāo)之一（即只專注于較大吞吐量或最小暫停時(shí)間），或嘗試找到一個(gè)二者的折衷。

現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)：在最大吞吐量?jī)?yōu)先的情況下，降低停頓時(shí)間。

7種經(jīng)典的垃圾收集器

• 串行回收器：Serial、Serial old
• 并行回收器：ParNew、Parallel Scavenge、Parallel old
• 并發(fā)回收器：CMS、G1

7款經(jīng)典收集器與垃圾分代之間的關(guān)系如下圖：

• 新生代收集器：Serial、ParNew、Paralle1 Scavenge；
• 老年代收集器：Serial old、Parallel old、CMS；
• 整堆收集器：G1；

垃圾收集器的組合關(guān)系

兩個(gè)收集器間有連線，表明它們可以搭配使用：Serial/Serial old、Serial/CMS、ParNew/Serial old、ParNew/CMS、Parallel Scavenge/Serial 0ld、Parallel Scavenge/Parallel 0ld、G1；
其中Serial old作為CMS出現(xiàn)"Concurrent Mode Failure"失敗的后備預(yù)案。

• （紅色虛線）由于維護(hù)和兼容性測(cè)試的成本，在JDK 8時(shí)將Serial+CMS、ParNew+Serial old這兩個(gè)組合聲明為廢棄（JEP173），并在JDK9中完全取消了這些組合的支持（JEP214），即：移除。
• （綠色虛線）JDK14中：棄用Paralle1 Scavenge和Serialold GC組合（JEP366）
• （青色虛線）JDK14中：刪除CMS垃圾回收器（JEP363）

為什么要有很多收集器，一個(gè)不夠嗎？因?yàn)镴ava的使用場(chǎng)景很多，移動(dòng)端，服務(wù)器等。所以就需要針對(duì)不同的場(chǎng)景，提供不同的垃圾收集器，提高垃圾收集的性能。

雖然我們會(huì)對(duì)各個(gè)收集器進(jìn)行比較，但并非為了挑選一個(gè)最好的收集器出來(lái)。沒(méi)有一種放之四海皆準(zhǔn)、任何場(chǎng)景下都適用的完美收集器存在，更加沒(méi)有萬(wàn)能的收集器。所以我們選擇的只是對(duì)具體應(yīng)用最合適的收集器。

如何查看默認(rèn)垃圾收集器?

第一種方式：-XX:+PrintCommandLineFlags：查看命令行相關(guān)參數(shù)（包含使用的垃圾收集器）

輸出結(jié)果如下：-XX:+UseParallelGC，可以看到，在JDK1.8中默認(rèn)使用的Parallel Scavenge/Parallel 0ld這一對(duì)垃圾回收器。

-XX:InitialHeapSize=257920192 -XX:MaxHeapSize=4126723072 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:-UseLargePagesIndividualAllocation -XX:+UseParallelGC?

第二種方式：使用命令行指令：jps查看進(jìn)程ID +  jinfo -flag 相關(guān)垃圾回收器參數(shù) 進(jìn)程ID。

總結(jié)

以上為個(gè)人經(jīng)驗(yàn)，希望能給大家一個(gè)參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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