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[Java教程]轻松学JVM(五)垃圾回收器

轻松学习JVM(五)——垃圾回收器

    上一篇我们介绍了常见的垃圾回收算法,不同的算法各有各的优缺点,在JVM中并不是单纯的使用某一种算法进行垃圾回收,而是将不同的垃圾回收算法包装在不同的垃圾回收器当中,用户可以根据自身的需求,使用不同的垃圾回收器,以便让自己的java程序性能到达最佳。

在介绍垃圾回收器之前,我们先回顾一下java堆的结构。

堆内存回顾

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java堆内存结构包括:新生代和老年代,其中新生代由一个伊甸区和2个幸存区组成,2个幸存区是大小相同,完全对称的,没有任何差别。我们把它们称为S0区和S1区,也可以称为from区和to区。

JVM的垃圾回收主要是针对以上堆空间的垃圾回收,当然其实也会针对元数据区(永久区)进行垃圾回收,在此我们主要介绍对堆空间的垃圾回收。

下面我们介绍几种垃圾回收器:

串行收集器

顾名思义,串行收集器就是使用单线程进行垃圾回收。对新生代的回收使用复制算法,对老年代使用标记压缩算法,这也和我们上一篇介绍的算法优势是相吻合的。

串行收集器是最古老最稳定的收集器,尽管它是串行回收,回收时间较长,但其稳定性是优于其他回收器的,综合来说是一个不错的选择。要使用串行收集器,可以在启动配置时加上以下参数:

-XX:+UseSerialGC

串行回收器的执行流程如下所示:

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执行垃圾回收时,应用程序线程暂停,GC线程开始(开始垃圾回收),垃圾回收完成后,应用程序线程继续执行。注意:在GC线程运行过程中使用单线程进行串行回收。

并行回收器

并行回收器你可能已经猜到就是使用多线程并行回收,不过这里需要注意的是,针对新生代和老年代,是否都使用并行,有不同的回收器选择:

1、 ParNew回收器

这个回收器只针对新生代进行并发回收,老年代依然使用串行回收。回收算法依然和串行回收一样,新生代使用复制算法,老年代使用标记压缩算法。在多核条件下,它的性能显然优于串行回收器,如果要使用这种回收器,可以在启动参数中配置:

-XX:+UseParNewGC

如果要进一步指定并发的线程数,可以配置一下参数:

-XX:ParallelGCThreads

ParNew回收器的流程如下图所示:

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在进行垃圾回收时应用程序线程依然被暂停,GC线程并行开始执行垃圾回收,垃圾回收完成后,应用程序线程继续执行。

2、 Parallel回收器

依然是并行回收器,但这种回收器有两种配置,一种类似于ParNEW:新生代使用并行回收、老年代使用串行回收。它与ParNew的不同在于它在设计目标上更重视吞吐量,可以认为在相同的条件下它比ParNew更优。要使用这种回收器可以在启动程序中配置:

-XX:+UseParallelGC

Parallel回收器另外一种配置则不同于ParNew,对于新生代和老年代均适应并行回收,要使用这种回收器可以在启动程序中配置:

XX:+UseParallelOldGC

Parallel回收器的流程和ParNew的流程是一致的:

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在进行回收时,应用程序暂停,GC使用多线程并发回收,回收完成后应用程序线程继续运行。

CMS回收器

CMS回收器: Concurrent Mark Sweep,并发标记清除。注意这里注意两个词:并发、标记清除。

并发表示它可以与应用程序并发执行、交替执行;标记清除表示这种回收器不是使用的是标记压缩算法,这和前面介绍的串行回收器和并发回收器有所不同。需要注意的是CMS回收器是一种针对老年代的回收器,不对新生代产生作用。这种回收器优点在于减少了应用程序停顿的时间,因为它不需要应用程序完成暂定等待垃圾回收,而是与垃圾回收并发执行。要执行这种垃圾回收器可以在启动参数中配置:

-XX:+UseConcMarkSweepGC

CMS回收机运行机制非常复杂,我们简单的将他的运行流程分为以下几步:

初始标记

标记从GC Root可以直接可达的对象;

并发标记(和应用程序线程一起)

主要标记过程,标记全部对象;

重新标记

由于并发标记时,用户线程依然运行,因此在正式清理前,再做依次重新标记,进行修正。

并发清除(和用户线程一起)

基于标记结果,直接清理对象。

流程如下图所示:

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从上图可以看到标记过程分三步:初始标记、并发标记、重新标记,并发标记是最主要的标记过程,而这个过程是并发执行的,可以与应用程序线程同时进行,初始标记和重新标记虽然不能和应用程序并发执行,但这两个过程标记速度快,时间短,所以对应用程序不会产生太大的影响。最后并发清除的过程,也是和应用程序同时进行的,避免了应用程序的停顿。

CMS的优点显而易见,就是减少了应用程序的停顿时间,让回收线程和应用程序线程可以并发执行。但它也不是完美的,从他的运行机制可以看出,因为它不像其他回收器一样集中一段时间对垃圾进行回收,并且在回收时应用程序还是运行,因此它的回收并不彻底。这也导致了CMS回收的频率相较其他回收器要高,频繁的回收将影响应用程序的吞吐量。

G1回收器

G1回收器是jdk1.7以后推出的回收器,试图取代CMS回收器。

不同于其他的回收器、G1将堆空间划分成了互相独立的区块。每块区域既有可能属于老年代、也有可能是新生代,并且每类区域空间可以是不连续的(对比CMS的老年代和新生代都必须是连续的)。这种将老年代区划分成多块的理念源于:当并发后台线程寻找可回收的对象时、有些区块包含可回收的对象要比其他区块多很多。虽然在清理这些区块时G1仍然需要暂停应用线程、但可以用相对较少的时间优先回收包含垃圾最多区块。这也是为什么G1命名为Garbage First的原因:第一时间处理垃圾最多的区块。要使用G1回收器需要在启动是配置以下参数:

-XX:+UseG1GC

G1相对CMS回收器来说优点在于:

1、因为划分了很多区块,回收时减小了内存碎片的产生;

2、G1适用于新生代和老年代,而CMS只适用于老年代。

小结

    本文简要介绍了JVM中的垃圾回收器,主要包括串行回收器、并行回收器以及CMS回收器、G1回收器。他们各自都有优缺点,通常来说你需要根据你的业务,进行基于垃圾回收器的性能测试,然后再做选择。下面给出配置回收器时,经常使用的参数:

-XX:+UseSerialGC:在新生代和老年代使用串行收集器

-XX:+UseParNewGC:在新生代使用并行收集器

-XX:+UseParallelGC :新生代使用并行回收收集器,更加关注吞吐量

-XX:+UseParallelOldGC:老年代使用并行回收收集器

-XX:ParallelGCThreads:设置用于垃圾回收的线程数

-XX:+UseConcMarkSweepGC:新生代使用并行收集器,老年代使用CMS+串行收集器

-XX:ParallelCMSThreads:设定CMS的线程数量

-XX:+UseG1GC:启用G1垃圾回收器