Java虚拟机详解05----垃圾收集器及GC参数
本文主要內容：
- 堆的回顧
- 串行收集器
- 并行收集器
- CMS收集器
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零、堆的回顧：
新生代中的98%對象都是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例來劃分內存空間，而是將內存分為一塊比較大的Eden空間和兩塊較小的Survivor空間，每次使用Eden和其中一塊Survivor。當回收時，將Eden和Survivor中還存活著的對象一次性地復制到另外一塊Survivor空間上，最后清理掉Eden和剛才用過的Survivor空間。HotSpot虛擬機默認Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是說，每次新生代中可用內存空間為整個新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空間會被浪費。
當然，98%的對象可回收只是一般場景下的數據，我們沒有辦法保證每次回收都只有不多于10%的對象存活，當Survivor空間不夠用時，需要依賴于老年代進行分配擔保，所以大對象直接進入老年代。
堆的結構如下圖所示：
垃圾收集器：
如果說收集算法時內存回收的方法論，那么垃圾收集器就是內存回收的具體實現。
雖然我們在對各種收集器進行比較，但并非為了挑出一個最好的收集器。因為直到現在位置還沒有最好的收集器出現，更加沒有萬能的收集器，所以我們選擇的只是對具體應用最合適的收集器。
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一、串行收集器：Serial收集器
- 最古老，最穩定
- 簡單而高效
- 可能會產生較長的停頓
- -XX:+UseSerialGC
新生代、老年代都會使用串行回收
新生代復制算法
老年代標記-整理
總結：Serial收集器對于運行在Client模式下的虛擬機來說是一個很好的選擇。
這個收集器是一個單線程的收集器，但它的單線程的意義并不僅僅說明它只會使用一個CPU或一條收集線程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它進行垃圾收集時，必須暫停其他所有的工作線程，直到它收集結束。收集器的運行過程如下圖所示：
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二、并行收集器：
1、ParNew收集器：
- ParNew收集器其實就是Serial收集器新生代的并行版本。
- 多線程，需要多核支持。
- -XX:+UseParNewGC
新生代并行
老年代串行
- -XX:ParallelGCThreads 限制線程數量
2、Parallel Scanvenge收集器：
- 類似ParNew，但更加關注吞吐量
- -XX:+UseParallelGC? 使用Parallel Scanvenge收集器：新生代并行，老年代串行
3、Parallel Old收集器：
- Parallel Old收集器是Parallel Scanvenge收集器的老年代版本
- -XX:+UseParallelGC? 使用Parallel Old收集器：新生代并行，老年代并行
如下圖所示：
各種參數設置：
- -XX:MaxGCPauseMills
最大停頓時間，單位毫秒
GC盡力保證回收時間不超過設定值
- -XX:GCTimeRatio
0-100的取值范圍
垃圾收集時間占總時間的比
默認99，即最大允許1%時間做GC
注：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。我們一方買希望停頓時間少，另外一方面希望吞吐量高，其實這是矛盾的。因為：在GC的時候，垃圾回收的工作總量是不變的，如果將停頓時間減少，那頻率就會提高；既然頻率提高了，說明就會頻繁的進行GC，那吞吐量就會減少，性能就會降低。
吞吐量：CPU用于用戶代碼的時間/CPU總消耗時間的比值，即=運行用戶代碼的時間/(運行用戶代碼時間+垃圾收集時間)。比如，虛擬機總共運行了100分鐘，其中垃圾收集花掉1分鐘，那吞吐量就是99%。
注2：以上所有的收集器當中，當執行GC時，都會stop the world，但是下面的CMS收集器卻不會這樣。
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三、CMS收集器：
CMS收集器（Concurrent Mark Sweep：并發標記清除）是一種以獲取最短回收停頓時間為目標的收集器。適合應用在互聯網站或者B/S系統的服務器上，這類應用尤其重視服務器的響應速度，希望系統停頓時間最短。
- Concurrent Mark Sweep 并發標記清除，并發低停頓
- 標記-清除算法
- 并發階段會降低吞吐量（因為停頓時間減少了，于是GC的頻率會變高）
- 老年代收集器（新生代使用ParNew）
- -XX:+UseConcMarkSweepGC?? 打開這收集器
注：這里的并發指的是與用戶線程一起執行。
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2、CMS收集器運行過程：（著重實現了標記的過程）
（1）初始標記
根可以直接關聯到的對象
速度快
（2）并發標記（和用戶線程一起）
主要標記過程，標記全部對象
（3）重新標記
由于并發標記時，用戶線程依然運行，因此在正式清理前，再做修正
（4）并發清除（和用戶線程一起）
基于標記結果，直接清理對象
整個過程如下圖所示：
其中，初始標記和重新標記時，需要stop the world。
整個過程中耗時最長的是并發標記和并發清除，這兩個過程都可以和用戶線程一起工作。
打印GC日志舉例如下：
3、CMS收集器特點：
（1）盡可能降低停頓
（2）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
（3）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
（4）因為和用戶線程一起運行，不能在空間快滿時再清理
-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
我們來看一下concurrent mode failure的日志：
碰到上圖中的情況，我們需要使用串行收集器作為后備。
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4、既然標記清除算法會造成內存空間的碎片化，CMS收集器為什么使用標記清除算法而不是使用標記整理算法：
答案：
??? CMS收集器更加關注停頓，它在做GC的時候是和用戶線程一起工作的（并發執行），如果使用標記整理算法的話，那么在清理的時候就會去移動可用對象的內存空間，那么應用程序的線程就很有可能找不到應用對象在哪里。
為了解決碎片的問題，CMS收集器會有一些整理上的參數，接下來就來講這個。
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5、整理時的各種參數：
- -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection?????
Full GC后，進行一次整理。整理過程是獨占的，會引起停頓時間變長
- -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction
設置進行幾次Full GC后，進行一次碎片整理
- -XX:ParallelCMSThreads
設定CMS的線程數量
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四、GC參數的整理：
-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器
-XX:SurvivorRatio：設置eden區大小和survivior區大小的比例
-XX:NewRatio:新生代和老年代的比
-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
-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用并行回收收集器
-XX:ParallelGCThreads：設置用于垃圾回收的線程數
-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：設定CMS的線程數量
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：設置CMS收集器在老年代空間被使用多少后觸發
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：設置CMS收集器在完成垃圾收集后是否要進行一次內存碎片的整理
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：設定進行多少次CMS垃圾回收后，進行一次內存壓縮
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled：允許對類元數據進行回收
-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction：當永久區占用率達到這一百分比時，啟動CMS回收
-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly：表示只在到達閥值的時候，才進行CMS回收
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最后的總結：
為了減輕GC壓力，我們需要注意些什么？
- 軟件如何設計架構（性能的根本在應用）
- GC參數屬于微調（設置不合理會影響性能，產生大的延時）
- 堆空間如何管理和分配
- 代碼如何寫
總結
以上是生活随笔為你收集整理的Java虚拟机详解05----垃圾收集器及GC参数的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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