JVM GC參數以及GC演算法的應用

1. 串列收集器

串列收集器是最古老，最穩定以及效率高的收集器

可能會產生較長的停頓，只使用一個線程去回收

-XX:+UseSerialGC

新生代、老年代使用串列回收

新生代複製演算法

老年代標記-壓縮

串列收集器的日誌輸出：

2.1 ParNew2. 並行收集器

-XX:+UseParNewGC（new代表新生代，所以適用於新生代）

新生代並行

老年代串列

Serial收集器新生代的並行版本

在新生代回收時使用複製演算法

多線程，需要多核支持

-XX:ParallelGCThreads 限制線程數量

並行收集器的日誌輸出：

類似ParNew2.2 Parallel收集器

新生代複製演算法

老年代標記-壓縮

更加關注吞吐量

-XX:+UseParallelGC

使用Parallel收集器+ 老年代串列

-XX:+UseParallelOldGC

使用Parallel收集器+ 老年代並行

Parallel收集器的日誌輸出：

-XX:MaxGCPauseMills2.3 其他GC參數

最大停頓時間，單位毫秒

GC儘力保證回收時間不超過設定值

-XX:GCTimeRatio

0-100的取值範圍

垃圾收集時間佔總時間的比

默認99，即最大允許1%時間做GC

這兩個參數是矛盾的。因為停頓時間和吞吐量不可能同時調優

3. CMS收集器

Concurrent Mark Sweep 並發標記清除（應用程序線程和GC線程交替執行）

使用標記-清除演算法

並發階段會降低吞吐量（停頓時間減少，吞吐量降低）

老年代收集器（新生代使用ParNew）

-XX:+UseConcMarkSweepGC

CMS運行過程比較複雜，著重實現了標記的過程，可分為

1. 初始標記（會產生全局停頓）

根可以直接關聯到的對象

速度快

2. 並發標記（和用戶線程一起）

主要標記過程，標記全部對象

3. 重新標記 （會產生全局停頓）

由於並發標記時，用戶線程依然運行，因此在正式清理前，再做修正

4. 並發清除（和用戶線程一起）

基於標記結果，直接清理對象

這裡就能很明顯的看出，為什麼CMS要使用標記清除而不是標記壓縮，如果使用標記壓縮，需要多對象的內存位置進行改變，這樣程序就很難繼續執行。但是標記清除會產生大量內存碎片，不利於內存分配。

CMS收集器的日誌輸出：

儘可能降低停頓CMS收集器特點：

會影響系統整體吞吐量和性能

比如，在用戶線程運行過程中，分一半CPU去做GC，系統性能在GC階段，反應速度就下降一半

清理不徹底

因為在清理階段，用戶線程還在運行，會產生新的垃圾，無法清理

因為和用戶線程一起運行，不能在空間快滿時再清理（因為也許在並發GC的期間，用戶線程又申請了大量內存，導致內存不夠）

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction設置觸發GC的閾值

如果不幸內存預留空間不夠，就會引起concurrent mode failure

CMS也提供了整理碎片的參數：一旦 concurrent mode failure產生，將使用串列收集器作為後備。

-XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection Full GC後，進行一次整理

整理過程是獨佔的，會引起停頓時間變長

-XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction

設置進行幾次Full GC後，進行一次碎片整理

-XX:ParallelCMSThreads

設定CMS的線程數量（一般情況約等於可用CPU數量）

CMS的提出是想改善GC的停頓時間，在GC過程中的確做到了減少GC時間，但是同樣導致產生大量內存碎片，又需要消耗大量時間去整理碎片，從本質上並沒有改善時間。

4. G1收集器

G1是目前技術發展的最前沿成果之一，HotSpot開發團隊賦予它的使命是未來可以替換掉JDK1.5中發布的CMS收集器。

與CMS收集器相比G1收集器有以下特點：

1. 空間整合，G1收集器採用標記整理演算法，不會產生內存空間碎片。分配大對象時不會因為無法找到連續空間而提前觸發下一次GC。

2. 可預測停頓，這是G1的另一大優勢，降低停頓時間是G1和CMS的共同關注點，但G1除了追求低停頓外，還能建立可預測的停頓時間模型，能讓使用者明確指定在一個長度為N毫秒的時間片段內，消耗在垃圾收集上的時間不得超過N毫秒，這幾乎已經是實時Java（RTSJ）的垃圾收集器的特徵了。

上面提到的垃圾收集器，收集的範圍都是整個新生代或者老年代，而G1不再是這樣。使用G1收集器時，Java堆的內存布局與其他收集器有很大差別，它將整個Java堆劃分為多個大小相等的獨立區域（Region），雖然還保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔閡了，它們都是一部分（可以不連續）Region的集合。

G1的新生代收集跟ParNew類似，當新生代佔用達到一定比例的時候，開始出發收集。

和CMS類似，G1收集器收集老年代對象會有短暫停頓。

步驟：

標記階段，首先初始標記(Initial-Mark),這個階段是停頓的(Stop the World Event)，並且會觸發一次普通Mintor GC。對應GC log:GC pause (young) (inital-mark)

Root Region Scanning，程序運行過程中會回收survivor區(存活到老年代)，這一過程必須在young GC之前完成。

Concurrent Marking，在整個堆中進行並發標記(和應用程序並發執行)，此過程可能被young GC中斷。在並發標記階段，若發現區域對象中的所有對象都是垃圾，那個這個區域會被立即回收(圖中打X)。同時，並發標記過程中，會計算每個區域的對象活性(區域中存活對象的比例)。

Remark, 再標記，會有短暫停頓(STW)。再標記階段是用來收集 並發標記階段 產生新的垃圾(並發階段和應用程序一同運行)；G1中採用了比CMS更快的初始快照演算法:snapshot-at-the-beginning (SATB)。

Copy/Clean up，多線程清除失活對象，會有STW。G1將回收區域的存活對象拷貝到新區域，清除Remember Sets，並發清空回收區域並把它返回到空閑區域鏈表中。

複製/清除過程後。回收區域的活性對象已經被集中回收到深藍色和深綠色區域。

5. 安全點

GC的停頓主要來源於可達性分析上，程序執行時並非在所有地方都能停頓下來開始GC，只有在到達安全點時才能暫停。

安全點的選定基本上是以程序「是否具有讓程序長時間執行的特徵」為標準進行選定的——因為每條指令執行的時間都非常短暫，程序不太可能因為指令流長度太長這個原因而過長時間運行，「長時間執行」的最明顯特徵就是指令序列復用，例如方法調用、循環跳轉、異常跳轉等，所以具有這些功能的指令才會產生安全點。

接下來的問題就在於，如何讓程序在需要GC時都跑到安全點上停頓下來，大多數JVM的實現都是採用主動式中斷的思想。

主動式中斷的思想是當GC需要中斷線程的時候，不直接對線程操作，僅僅簡單地設置一個標誌，各個線程執行時主動去輪詢這個標誌，發現中斷標誌為真時就自己中斷掛起，輪詢標誌的地方和安全點是重合的，另外再加上創建對象需要分配內存的地方。

其他：

只要記住流行的組合就這幾種情況

Serial

ParNew + CMS

ParallelYoung + ParallelOld

G1GC

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