JVM之垃圾收集算法及垃圾收集器详解
1、垃圾回收算法
- 标记清除算法
- 复制算法
- 标记压缩算法(Mark-Compact)
- 分代算法
1.1 标记清除算法
标记清除算法
将垃圾回收分为两个阶段:标记阶段
和清除阶段
。
标记阶段
:首先通过根节点,标记所有从根节点开始的可达对象。未被标记的对象就是未被引用的垃圾对象。
清除阶段
:清除所有未被标记的对象。
标记清除算法
可能产生的最大问题是空间碎片
。
注意:标记清除算法先通过根节点标记所有可达对象,然后清除所有不可达对象,完成垃圾回收。
1.2 复制算法
eden ===> from to,就是使用的复制算法
优点:不会产生碎片
缺点:浪费空间
1.3 标记压缩算法
标记压缩算法是一种老年代的回收算法。
1.4 分代收集算法
新生代可以用复制算法。
老年代可以使用标记-清除算法
或标记-整理算法
。
2、垃圾收集器
- 串行收集器
- 并行收集器
- CMS
- G1
2.1 串行回收器
串行回收器是指使用单线程进行垃圾回收的回收器。
2.1.1 新生代串行回收器
串行回收器
主要有两个特点:
- 它仅仅使用
单线程
进行垃圾回收 - 它是
独占式
的垃圾回收
在串行收集器进行垃圾回收时,Java应用程序中的线程都需要暂停,等待垃圾回收的完成。这种现象称之为Stop-The-World
。在实时性要求较高的应用场景中,这种现象往往是不能被接受的。
新生代串行处理器使用复制算法
。
使用-XX:+UseSerialGC
参数可以指定使用新生代串行收集器和老年代串行收集器。
2.1.2 老年代串行回收器
老年代串行收集器使用的是标记压缩算法
。和新生代串行收集器一样,它也是一个串行的、独占式的垃圾回收器。
如果要启动老年代串行回收器,可以尝试使用以下参数:
- -XX:+UseSerialGC:新生代、老年代都使用串行回收器
- -XX:+UseParNewGC:新生代使用ParNew回收器,老年代使用串行收集器
- -XX:+UseParallelGC:新生代使用ParallelGC回收器,老年代使用串行收集器
2.2 并行收集器
它只是在串行回收器上做了改进,使用多个线程同时进行垃圾回收。
2.2.1 新生代ParNew回收器
它是独占式
的。
在并发能力比较强的CPU上,它产生的停顿时间要短于串行回收器,而在单CPU或者并发能力较弱的系统中,并行回收器的效果不会比串行回收器好,由于多线程的压力,它的实际表现很可能比串并回收器差。
启动新生代ParNew回收器:
- -XX:+UseParNewGC:新生代使用ParNew回收器,老年代使用串行回收器。
- -XX:+UseConcMarkSweepGC:新生代使用ParNew回收器,老年代使用CMS。
ParNew回收器的线程数量可以通过-XX:ParallelGCThreads参数指定。
2.2.2 新生代ParallelGC回收器
新生代ParallelGC回收器关注系统吞吐量,使用复制算法
。
启动新生代ParallelGC回收器:
- -XX:+UseParallelGC:新生代使用ParallelGC回收器,老年代使用串行回收器。
- -XX:+UseParallelOldGC:新生代使用ParallelGC回收器,老年代使用ParallelOldGC。
ParallelGC回收器提供了两个重要的参数用于控制系统的吞吐量:
- -XX:MaxGCPauseMillis:设置最大垃圾收集停顿时间
- -XX:GCTimeRatio:设置吞吐量大小
这是它与ParNew回收器的一个不同之处,另外一个不同之处是它还支持一种自适应的GC调整策略。使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy
可以打开自适应GC策略。
2.2.3 老年代ParallelOldGC回收器
老年代ParallelOldGC回收器也是一种多线程并行的收集器。它也是一种关注吞吐量的收集器。它使用标记压缩算法
,它在JDK1.6中才可以使用。
使用-XX:+UseParallelOldGC
可以在新生代使用ParallelGC回收器,老年代使用ParallelOldGC回收器。参数-XX:ParallelGCThreads
也可以用于设置垃圾回收时的线程数量。
2.3 CMS收集器
它是非独占的。
与ParallelGC
和ParallelOldGC
不同,CMS回收器主要关注于系统停顿时间
。CMS是Concurrent Mark Sweep的缩写,意为并发标记清除,从名称上就可以得知,它使用的是标记清除算法,同时它又是一个使用多线程并行回收的垃圾回收器。
2.3.1 CMS主要的设置参数
- -XX:-CMSPrecleaningEnabled
关闭预清理 - -XX:+UseConcMarkSweepGC
启动CMS回收器的参数。CMS是多线程回收器,设置合理的工作线程数量也对系统性能有重要的影响。(同时也表示新生代使用ParNewGC
) - -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction
指定当老年代空间使用率达到多少时,进行一次CMS垃圾回收。 - -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
这个开关可以使CMS在垃圾收集完成后,进行一次内存碎片整理,内存碎片的整理不是并发并行的。 - -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction
可以用于设定进行多少次CMS回收后,进行一次内存压缩。
注意:
并发
是指收集器和应用线程交替执行。
并行
是指应用程序停止,同时由多个线程一起执行GC。
因此并行回收器不是并发的,因为并行回收器执行时,应用程序完全挂起,不存在交替执行的步骤。CMS回收器是一个关注停顿的垃圾收集器。同时CMS回收器在部分工作流程中,可以与用户程序同时运行,从而降低应用程序的停顿时间。
2.3.2 有关Class的回收
在使用CMS回收器时,如果需要回收Perm区,那么默认情况下,还是需要触发一次Full GC的。如果希望使用CMS回收Perm区,则必须要打开-XX:+CMSClassUnloadingEnabled
开关,如果条件允许,那么系统会使用CMS的机制回收Perm区Class数据。
2.4 G1回收器
G1回收器是在JDK1.7中正式使用的全新垃圾回收器,从长期目标来看,它是为了取代CMS回收器。
从分代上看,G1依然属于分代垃圾回收器
,它会区分年轻代
和老年代
,依然有eden区和survivor区,但从堆的结构上看,它并不要求整个eden区,年轻代或者老年代都连续。它使用了分区算法
。
作为CMS的长期替代方案,G1同时使用了全新的分区算法,其特点如下:
- 并行性:G1在回收期间,可以由多个GC线程同时工作,有效利用多核计算能力。
- 并发性:G1拥有与应用程序交替执行的能力,部分工作可以和应用程序同时执行,因此一般来说,不会在整个回收期间完全阻塞应用程序。
- 分代GC:G1依然是一个分代收集器,但是和之前回收器不同,它同时兼顾年轻代和老年代。
- 空间整理:G1在回收过程中,会进行适当的对象移动,不像CMS,只是简单地标记清理对象,在若干次GC后,CMS必须进行一次碎片整理。而G1不同,它每次回收都会有效地复制对象,减少空间碎片。
- 可预见性:由于分区的原因,G1可以只选取部分区域进行内存回收,这样缩小了回收的范围,因此对于全局停顿也能得到较好的控制。
2.4.1 G1的内存划分和主要收集过程
G1的手机过程可能有4个阶段:
- 新生代GC
- 并发标记周期
- 混合收集
- 如果需要,可能会进行Full GC