我是靠谱客的博主 温婉草丛,最近开发中收集的这篇文章主要介绍【详解】JVM——垃圾回收之垃圾收集器1. 串行垃圾收集器2. 并行垃圾收集器(ParNew)3. ParallelGC垃圾收集器(一般使用这个)4. CMS垃圾收集器(重点)5. G1垃圾收集器(重点)可视化GC日志分析工具,觉得挺不错的,现在分享给大家,希望可以做个参考。

概述

目录

  • 1. 串行垃圾收集器
      • a. 编写测试代码
      • b. 设置垃圾回收为串行收集器
  • 2. 并行垃圾收集器(ParNew)
  • 3. ParallelGC垃圾收集器(一般使用这个)
  • 4. CMS垃圾收集器(重点)
  • 5. G1垃圾收集器(重点)
      • a. Young GC
      • b. Mixed GC
      • c. 对于G1垃圾收集器优化建议
  • 可视化GC日志分析工具

前面我们讲了垃圾回收的算法,还需要有具体的实现,在jvm中,实现了多种垃圾收集器,包括:串行垃圾收集器、并行垃圾收集器、CMS(并发)垃圾收集器、G1垃圾收集器,接下来,我们一个个的了解学习。

在这里插入图片描述

1. 串行垃圾收集器

  • 串行垃圾收集器,是指使用单线程进行垃圾回收,垃圾回收时,只有一个线程在工作,并且java应用中的所有线程都要暂停,等待垃圾回收的完成。这种现象称之为STW(Stop-The-World)
  • 对于交互性较强的应用而言,这种垃圾收集器是不能够接受的。
    一般在Javaweb应用中是不会采用该收集器的
  • Serial是新生代的,Serial Old是老年代的

a. 编写测试代码


public class TestGC {
    //不断的产生新的对象,随机的废弃对象,模拟程序正常运行
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        List<Object> list = new ArrayList<Object>();
        while (true){
            int sleep = new Random().nextInt(100);
            if(System.currentTimeMillis() % 2 ==0){
                list.clear();
            }else{
                for (int i = 0; i < 10000; i++) {
                    Properties properties = new Properties();
                    properties.put("key_"+i, "value_" +
                            System.currentTimeMillis() + i);
                    list.add(properties);
                }
            }
            // System.out.println("list大小为:" + list.size());
            Thread.sleep(sleep);
        }
    }
}

b. 设置垃圾回收为串行收集器

在程序运行参数中添加2个参数,如下:

  • -XX:+UseSerialGC
    指定年轻代和老年代都使用串行垃圾收集器
  • -XX:+PrintGCDetails
    打印垃圾回收的详细信息

为了测试GC,将堆的初始和最大内存都设置为16M

  • -Dfile.encoding=UTF-8 -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -Xms16m -Xmx16m
    在这里插入图片描述

启动程序,可以看到下面信息:

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4416K‐>512K(4928K), 0.0046102 secs]
4416K‐>1973K(15872K), 0.0046533 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,
real=0.00 secs]
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 10944K‐>3107K(10944K), 0.0085637
secs] 15871K‐>3107K(15872K), [Metaspace: 3496K‐>3496K(1056768K)],
0.0085974 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs]

GC日志信息解读:

  • GC后面的括号表示执行GC的原因,Allocation Failure代表申请失败
  • DefNew表示使用的是串行垃圾收集器
  • 年轻代的内存GC前后的大小:4416K->512K(4928K)
  • 表示年轻代GC前,占有4416K内存,GC后,占有512K内存,总大小4928K
  • 0.0046102 secs表示,GC所用的时间,单位为毫秒。
  • 4416K->1973K(15872K)表示,GC前,堆内存占有4416K,GC后,占有1973K,总大小为15872K
  • Full GC表示,内存空间全部进行GC
  • Metaspace代表元空间

2. 并行垃圾收集器(ParNew)

  • 并行垃圾收集器在串行垃圾收集器的基础之上做了改进,将单线程改为了多线程进行垃圾回收,这样可以缩短垃圾回收的时间。(这里是指,并行能力较强的机器)
  • 当然了,并行垃圾收集器在收集的过程中也会暂停应用程序,这个和串行垃圾回收器是一样的,只是并行执行,速度更快些,暂停的时间更短一些
  • 是service模式下默认的新生代垃圾回收期,因为只有他能与CMS配合工作

ParNew垃圾收集器

  • ParNew垃圾收集器是工作在年轻代上的,只是将串行的垃圾收集器改为了并行。
  • 通过 -XX:+UseParNewGC 参数设置年轻代使用ParNew回收器,老年代使用的依然是串行收集器。

测试:

在这里插入图片描述

#打印出的信息
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 4416K‐>512K(4928K), 0.0032106 secs]
4416K‐>1988K(15872K), 0.0032697 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,
real=0.00 secs]

  • 由以上信息可以看出, ParNew: 使用的是ParNew收集器。其他信息和串行收集器一致

3. ParallelGC垃圾收集器(一般使用这个)

  • 是一个新生代和老年代
  • ParallelGC收集器工作机制和ParNewGC收集器一样,只是在此基础之上,新增了两个和系统吞吐量相关的参数,使得其使用起来更加的灵活和高效。
  • 主要目的为了达到吞吐量(CPU执行程序的时间如果99s,执行GC1s,吞吐量则为99%)
  • 适用于高效率利用CPU的程序,如后台计算的程序

相关参数如下:

  • -XX:+UseParallelGC(常用)
    年轻代使用ParallelGC垃圾回收器,老年代使用串行回收器。
  • -XX:+UseParallelOldGC(常用)
    年轻代使用ParallelGC垃圾回收器,老年代使用ParallelOldGC垃圾回收器。
  • -XX:MaxGCPauseMillis(常用)
    设置最大的垃圾收集时的停顿时间,单位为毫秒

需要注意的时,ParallelGC为了达到设置的停顿时间,可能会调整堆大小或其他的参数,如果堆的大小设置的较小,就会导致GC工作变得很频繁,反而可能会影响到性能。该参数使用需谨慎

  • -XX:GCTimeRatio
    设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比,公式为1/(1+n)。
    它的值为0~100之间的数字,默认值为99,也就是垃圾回收时间不能超过1%
  • -XX:UseAdaptiveSizePolicy
    自适应GC模式,垃圾回收器将自动调整年轻代、老年代等参数,达到吞吐量、堆大小、停顿时间之间的平衡。

    一般用于,手动调整参数比较困难的场景,让收集器自动进行调整。

在这里插入图片描述

-Dfile.encoding=UTF-8
-XX:+UseParallelGC
-XX:+UseParallelOldGC
-XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:+PrintGCDetails
-Xms16m
-Xmx16m

运行结果:

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 4096K‐>480K(4608K)] 4096K‐
1840K(15872K), 0.0034307 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00
secs]
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 505K‐>0K(4608K)] [ParOldGen: 10332K‐
10751K(11264K)] 10837K‐>10751K(15872K), [Metaspace: 3491K‐
3491K(1056768K)], 0.0793622 secs] [Times: user=0.13 sys=0.00, real=0.08
secs]

  • PSYoungGen代表着并行的垃圾收集器

4. CMS垃圾收集器(重点)

  • CMS全称 Concurrent Mark Sweep,是一款并发的使用标记-清除算法的垃圾回收器,该回收器是针对老年代垃圾回收的,通过参数-XX:+UseConcMarkSweepGC进行设置。
  • 解决了垃圾收集时的STW,在垃圾回收时,程序可以继续运行
  • 目的:获取最短的STW

CMS垃圾回收器的执行过程如下:
在这里插入图片描述

  • 初始化标记(CMS-initial-mark) ,标记root,会导致stw
  • 并发标记(CMS-concurrent-mark),与用户线程同时运行;
  • 预清理(CMS-concurrent-preclean),与用户线程同时运行;
  • 重新标记(CMS-remark) , 会导致stw;(在预处理结束后,可能会产生新的垃圾)
  • 并发清除(CMS-concurrent-sweep),与用户线程同时运行;
  • 调整堆大小,设置CMS在清理之后进行内存压缩,目的是清理内存中的碎片
  • 并发重置状态等待下次CMS的触发(CMS-concurrent-reset),与用户线程同时运行

测试

#运行日志
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 4926K‐>512K(4928K), 0.0041843 secs]
9424K‐>6736K(15872K), 0.0042168 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,
real=0.00 secs]
#第一步,初始标记
[GC (CMS Initial Mark) [1 CMS‐initial‐mark: 6224K(10944K)] 6824K(15872K),
0.0004209 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
#第二步,并发标记
[CMS‐concurrent‐mark‐start]
[CMS‐concurrent‐mark: 0.002/0.002 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,
real=0.00 secs]
#第三步,预处理
[CMS‐concurrent‐preclean‐start]
[CMS‐concurrent‐preclean: 0.000/0.000 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,
real=0.00 secs]
#第四步,重新标记
[GC (CMS Final Remark) [YG occupancy: 1657 K (4928 K)][Rescan (parallel)
, 0.0005811 secs][weak refs processing, 0.0000136 secs][class unloading,
0.0003671 secs][scrub symbol table, 0.0006813 secs][scrub string table,
0.0001216 secs][1 CMS‐remark: 6224K(10944K)] 7881K(15872K), 0.0018324
secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
#第五步,并发清理
[CMS‐concurrent‐sweep‐start]
[CMS‐concurrent‐sweep: 0.004/0.004 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,
real=0.00 secs]
#第六步,重置
[CMS‐concurrent‐reset‐start]
[CMS‐concurrent‐reset: 0.000/0.000 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00,
real=0.00 secs]

  • 由以上日志信息,可以看出CMS执行的过程。

缺点

  • 特别依赖CPU资源,如果CPU资源紧张,则会导致GC时间变长,影响吞吐量
  • 无法清除浮动垃圾。在标记完成后,可能又出现了垃圾,导致会触发第二次的Full GC
  • 默认是基于标记-清除算法,会造成碎片化;如果使用标记-整理,会使STW时间变长

5. G1垃圾收集器(重点)

  • G1垃圾收集器是在jdk1.7中正式使用的全新的垃圾收集器,oracle官方计划在jdk9中将G1变成默认的垃圾收集器,以替代CMS
  • G1的设计原则就是简化JVM性能调优,开发人员只需要简单的三步即可完成调优:
  1. 第一步,开启G1垃圾收集器
  2. 第二步,设置堆的最大内存
  3. 第三步,设置最大的停顿时间

特点

  • 并行与并发。利用CPU多核的来缩短STW的时间

  • 分代收集。对不同代的对象采用不同的垃圾回收策略。

  • 空间整合。综合了复制和标记-整理算法,解决了碎片化。

  • 可预测的停顿。可以让使用者设置在一个时间段内STW的时间

  • G1中提供了三种模式垃圾回收模式,Young GC、Mixed GC 和 Full GC,在不同的条件下被触发。

原理

  • 加入了Remembered Set,当不同的代发生了引用时,会记录该引用信息。保证了即使不扫描全部的堆也不会有遗漏

  • 会对每个Region计算一个回收价值,价值越大,越先被回收

  • G1垃圾收集器相对比其他收集器而言,最大的区别在于它取消了年轻代、老年代的物理划分,取而代之的是将堆划分为若干个区域(Region),这些区域中包含了有逻辑上的年轻代、老年代区域。

  • 这样做的好处就是,我们再也不用单独的空间对每个代进行设置了,不用担心每个代内存是否足够。
    在这里插入图片描述在这里插入图片描述

  • 在G1划分的区域中,年轻代的垃圾收集依然采用暂停所有应用线程的方式,将存活对象拷贝到老年代或者Survivor空间,G1收集器通过将对象从一个区域复制到另外一个区域,完成了清理工作。(复制算法)

  • 这就意味着,在正常的处理过程中,G1完成了堆的压缩(至少是部分堆的压缩),这样也就不会有cms内存碎片问题的存在了。

  • 在G1中,有一种特殊的区域,叫Humongous区域

  • 如果一个对象占用的空间超过了分区容量50%以上,G1收集器就认为这是一个巨型对象。

  • 这些巨型对象,默认直接会被分配在老年代,但是如果它是一个短期存在的巨型对象,就会对垃圾收集器造成负面影响。

  • 为了解决这个问题,G1划分了一个Humongous区,它用来专门存放巨型对象。如果

  • 一个H区装不下一个巨型对象,那么G1会寻找连续的H分区来存储。为了能找到连续的H区,有时候不得不启动Full GC。

步骤

  • 初始化标记(STW)
  • 并发标记
  • 最终标记(可能STW)
  • 筛选回收

a. Young GC

  • Young GC主要是对Eden区进行GC,它在Eden空间耗尽时会被触发。
  • Eden空间的数据移动到Survivor空间中,如果Survivor空间不够,Eden空间的部分数据会直接晋升到年老代空间
  • Survivor区的数据移动到新的Survivor区中,也有部分数据晋升到老年代空间中
  • 最终Eden空间的数据为空,GC停止工作,应用线程继续执行

在这里插入图片描述在这里插入图片描述

Remembered Set(已记忆集合)

  • 在GC年轻代的对象时,我们如何找到年轻代中对象的根对象呢?
    根对象可能是在年轻代中,也可以在老年代中,那么老年代中的所有对象都是根么?
  • 如果全量扫描老年代,那么这样扫描下来会耗费大量的时间。
    于是,G1引进了RSet的概念。它的全称是Remembered Set,其作用是跟踪指向某个堆内的对象引用

在这里插入图片描述

  • 每个Region初始化时,会初始化一个RSet,该集合用来记录并跟踪其它Region指向该Region中对象的引用,每个Region默认按照512Kb划分成多个Card,所以RSet需要记录的东西应该是 xx Region的 xx Card。

b. Mixed GC

  • 当越来越多的对象晋升到老年代old region时,为了避免堆内存被耗尽,虚拟机会触发一个混合的垃圾收集器,即Mixed GC,该算法并不是一个Old GC,除了回收整个YoungRegion,还会回收一部分的Old Region,这里需要注意:是一部分老年代,而不是全部老年代,可以选择哪些old region进行收集,从而可以对垃圾回收的耗时时间进行控制。
  • 也要注意的是Mixed GC 并不是 Full GC
  • MixedGC什么时候触发? 由参数 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n 决定。默认:45%,该参数的意思是:当老年代大小占整个堆大小百分比达到该阀值时触发。

它的GC步骤分2步:

  1. 全局并发标记(global concurrent marking)
  2. 拷贝存活对象(evacuation)

全局并发标记,执行过程分为五个步骤:

  • 初始标记(initial mark,STW)
    标记从根节点直接可达的对象,这个阶段会执行一次年轻代GC,会产生全局停顿

  • 根区域扫描(root region scan)
    G1 GC 在初始标记的存活区扫描对老年代的引用,并标记被引用的对象。
    该阶段与应用程序(非 STW)同时运行,并且只有完成该阶段后,才能开始下一次 STW 年轻代垃圾回收

  • 并发标记(Concurrent Marking)
    G1 GC 在整个堆中查找可访问的(存活的)对象(非 STW)。该阶段与应用程序同时运行,可以被 STW 年轻代垃圾回收中断

  • 重新标记(Remark,STW)
    该阶段是 STW 回收,因为程序在运行,针对上一次的标记进行修正。

  • 清除垃圾(Cleanup,STW)清点和重置标记状态,该阶段会STW,这个阶段并不会实际上去做垃圾的收集,等待evacuation阶段来回收

拷贝存活对象

  • Evacuation阶段是全暂停的。该阶段把一部分Region里的活对象拷贝到另一部分Region中,从而实现垃圾的回收清理。

G1收集器相关参数

  • -XX:+UseG1GC
    使用 G1 垃圾收集器

  • -XX:MaxGCPauseMillis
    设置期望达到的最大GC停顿时间指标(JVM会尽力实现,但不保证达到),默认值是 200 毫秒。

  • -XX:G1HeapRegionSize=n
    设置的 G1 区域的大小。值是 2 的幂,范围是 1 MB 到 32 MB 之间。目标是根据最小的 Java 堆大小划分出约 2048 个区域。
    默认是堆内存的1/2000。(每一个Region的大小)

  • -XX:ParallelGCThreads=n
    设置 STW 工作线程数的值。将 n 的值设置为逻辑处理器的数量。n 的值与逻辑处理器的数量相同,最多为 8

  • -XX:ConcGCThreads=n
    设置并行标记的线程数。将 n 设置为并行垃圾回收线程数 (ParallelGCThreads)的 1/4 左右。

  • -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=n
    设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值。默认占用率是整个 Java 堆的 45%。

测试

#日志
[GC pause (G1 Evacuation Pause) (young), 0.0044882 secs]
[Parallel Time: 3.7 ms, GC Workers: 3]
[GC Worker Start (ms): Min: 14763.7, Avg: 14763.8, Max: 14763.8,
Diff: 0.1]
#扫描根节点
[Ext Root Scanning (ms): Min: 0.2, Avg: 0.3, Max: 0.3, Diff: 0.1,
Sum: 0.8]
#更新RS区域所消耗的时间
[Update RS (ms): Min: 1.8, Avg: 1.9, Max: 1.9, Diff: 0.2, Sum: 5.6]
[Processed Buffers: Min: 1, Avg: 1.7, Max: 3, Diff: 2, Sum: 5]
[Scan RS (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0, Sum: 0.0]
[Code Root Scanning (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0,
Sum: 0.0]
#对象拷贝
[Object Copy (ms): Min: 1.1, Avg: 1.2, Max: 1.3, Diff: 0.2, Sum:
3.6]
[Termination (ms): Min: 0.0, Avg: 0.1, Max: 0.2, Diff: 0.2, Sum:
0.2]
[Termination Attempts: Min: 1, Avg: 1.0, Max: 1, Diff: 0, Sum:
3]
[GC Worker Other (ms): Min: 0.0, Avg: 0.0, Max: 0.0, Diff: 0.0,
Sum: 0.0]
[GC Worker Total (ms): Min: 3.4, Avg: 3.4, Max: 3.5, Diff: 0.1,
Sum: 10.3]
[GC Worker End (ms): Min: 14767.2, Avg: 14767.2, Max: 14767.3,
Diff: 0.1]
[Code Root Fixup: 0.0 ms]
[Code Root Purge: 0.0 ms]
[Clear CT: 0.0 ms] #清空CardTable
[Other: 0.7 ms]
[Choose CSet: 0.0 ms] #选取CSet
[Ref Proc: 0.5 ms] #弱引用、软引用的处理耗时
[Ref Enq: 0.0 ms] #弱引用、软引用的入队耗时
[Redirty Cards: 0.0 ms]
[Humongous Register: 0.0 ms] #大对象区域注册耗时
[Humongous Reclaim: 0.0 ms] #大对象区域回收耗时
[Free CSet: 0.0 ms]
[Eden: 7168.0K(7168.0K)‐>0.0B(13.0M) Survivors: 2048.0K‐>2048.0K Heap:
55.5M(192.0M)‐>48.5M(192.0M)] #年轻代的大小统计
[Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

c. 对于G1垃圾收集器优化建议

年轻代大小

  • 避免使用 -Xmn 选项或 -XX:NewRatio 等其他相关选项显式设置年轻代大小
  • 固定年轻代的大小会覆盖暂停时间目标
  • 因为没有年轻代的概念,而变成了区域的概念

暂停时间目标不要太过严苛

  • G1 GC 的吞吐量目标是 90% 的应用程序时间和 10%的垃圾回收时间
  • 评估 G1 GC 的吞吐量时,暂停时间目标不要太严苛。目标太过严苛表示您愿意承受更多的垃圾回收开销,而这会直接影响到吞吐量

可视化GC日志分析工具

  • 前面通过-XX:+PrintGCDetails可以对GC日志进行打印,我们就可以在控制台查看,这样虽然可以查看GC的信息,但是并不直观,可以借助于第三方的GC日志分析工具进行查看。
  • 在日志打印输出涉及到的参数如下

    ‐XX:+PrintGC 输出GC日志
    ‐XX:+PrintGCDetails 输出GC的详细日志
    ‐XX:+PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳(以基准时间的形式)
    ‐XX:+PrintGCDateStamps 输出GC的时间戳(以日期的形式,如 2013‐05‐
    04T21:53:59.234+0800)
    ‐XX:+PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
    ‐Xloggc:…/logs/gc.log 日志文件的输出路径

测试:

-Dfile.encoding=UTF-8
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=100
-Xmx256m
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGCDateStamps
-XX:+PrintHeapAtGC
-Xloggc:D://gc.log

GC Easy 可视化工具
GC Easy是一款在线的可视化工具,易用、功能强大,网站:http://gceasy.io/

在这里插入图片描述
上传后,点击“Analyze”按钮,即可查看报告上传后,点击“Analyze”按钮,即可查看报告
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

最后

以上就是温婉草丛为你收集整理的【详解】JVM——垃圾回收之垃圾收集器1. 串行垃圾收集器2. 并行垃圾收集器(ParNew)3. ParallelGC垃圾收集器(一般使用这个)4. CMS垃圾收集器(重点)5. G1垃圾收集器(重点)可视化GC日志分析工具的全部内容,希望文章能够帮你解决【详解】JVM——垃圾回收之垃圾收集器1. 串行垃圾收集器2. 并行垃圾收集器(ParNew)3. ParallelGC垃圾收集器(一般使用这个)4. CMS垃圾收集器(重点)5. G1垃圾收集器(重点)可视化GC日志分析工具所遇到的程序开发问题。

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