HotSpot虚拟机提供了多种垃圾收集器,每种收集器都有各自的特点,没有最好的垃圾收集器,只有最适合的垃圾收集器.我们可以根据自己实际的应用需求选择最适合的垃圾收集器.

根据新生代和老年代各自的特点,我们应该分别为它们选择不同的收集器,以提升垃圾回收效率.

<>1 Serial垃圾收集器

<>单线程

只会使用一个CPU或一条GC线程进行垃圾回收,并且在垃圾回收过程中暂停其他所有的工作线程,从而用户的请求或图形化界面会出现卡顿.

<>适合Client模式

一般客户端应用所需内存较小,不会创建太多的对象,而且堆内存不大,因此垃圾回收时间比较短,即使在这段时间停止一切用户线程,也不会感到明显停顿.

<>简单高效

由于Serial收集器只有一条GC线程,避免了线程切换的开销.

<>采用"复制"算法

<>2 ParNew垃圾收集器

ParNew是Serial的多线程版本.

<>2.1 多线程并行执行

ParNew由多条GC线程并行地进行垃圾清理.但清理过程仍然需要暂停一切其他用户线程.但由于有多条GC线程同时清理,清理速度比Serial有一定的提升.

<>2.2 适合多CPU的服务器环境

由于使用了多线程,因此适合CPU较多的服务器环境.

* 与Serial性能对比

ParNew和Serial唯一区别就是使用了多线程进行垃圾回收,在多CPU的环境下性能比Serial会有一定程度的提升;但线程切换需要额外的开销,因此在单CPU环境中表现不如Serial,双CPU环境也不一定就比Serial高效.默认开启的收集线程数与CPU数量相同.
<>2.3 采用"复制"算法

<>2.4 追求"降低停顿时间"

和Serial相比,ParNew使用多线程的目的就是缩短垃圾收集时间,从而减少用户线程被停顿的时间.

<>3 Parallel Scavenge垃圾收集器

Parallel Scavenge和ParNew一样都是并行的多线程、新生代收集器,都使用"复制"算法进行垃圾回收.但它们有个巨大不同点:

* ParNew收集器追求降低GC时用户线程的停顿时间,适合交互式应用,良好的反应速度提升用户体验.
* Parallel Scavenge追求CPU吞吐量,能够在较短的时间内完成指定任务,因此适合不需要太多交互的后台运算.
吞吐量是指用户线程运行时间占CPU总时间的比例.
CPU总时间包括 : 用户线程运行时间 和 GC线程运行的时间.
因此,吞吐量越高表示用户线程运行时间越长,从而用户线程能够被快速处理完.

*
降低停顿时间的两种方式
1.在多CPU环境中使用多条GC线程,从而垃圾回收的时间减少,从而用户线程停顿的时间也减少;

2.实现GC线程与用户线程并发执行。所谓并发,就是用户线程与GC线程交替执行,从而每次停顿的时间会减少,用户感受到的停顿感降低,但线程之间不断切换意味着需要额外的开销,从而垃圾回收和用户线程的总时间将会延长。

*
Parallel Scavenge提供的参数

*
-XX:GCTimeRadio
直接设置吞吐量大小,GC时间占总时间比率.相当于是吞吐量的倒数.

*
-XX:MaxGCPauseMillis
设置最大GC停顿时间.
Parallel
Scavenge会根据这个值的大小确定新生代的大小.如果这个值越小,新生代就会越小,从而收集器就能以较短的时间进行一次回收;但新生代变小后,回收的频率就会提高,吞吐量也降下来了,因此要合理控制这个值.

*
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy
通过命令就能开启GC 自适应的调节策略(区别于ParNew)
.我们只要设置最大堆(-Xmx)和MaxGCPauseMillis或GCTimeRadio,收集器会自动调整新生代的大小、Eden和Survior的比例、对象进入老年代的年龄,以最大程度上接近我们设置的MaxGCPauseMillis或GCTimeRadio.

<>老年代垃圾收集器

<>1 Serial Old垃圾收集器

Serial Old收集器是Serial的老年代版本,它们都是单线程收集器,也就是垃圾收集时只启动一条GC线程,因此都适合客户端应用.

它们唯一的区别就是Serial Old工作在老年代,使用"标记-整理"算法;而Serial工作在新生代,使用"复制"算法.

<>2 Parallel Old垃圾收集器

Parallel Old收集器是Parallel Scavenge的老年代版本,一般它们搭配使用,追求CPU吞吐量.

它们在垃圾收集时都是由多条GC线程并行执行,并暂停一切用户线程,使用"标记-整理"算法.因此,由于在GC过程中没有使垃圾收集和用户线程并行执行,因此它们是追求吞吐量的垃圾收集器.

<>3 CMS垃圾收集器(Concurrent Mark Sweep)

一种追求最短停顿时间的收集器,它在垃圾收集时使得用户线程和GC线程并发执行,因此在GC过程中用户也不会感受到明显卡顿.但用户线程和GC线程之间不停地切换会有额外的开销,因此垃圾回收总时间就会被延长.

垃圾回收过程
前两步需要"Stop The World"

*
初始标记
停止一切用户线程,仅使用一条初始标记线程对所有与GC Roots直接相关联的对象进行标记,速度很快,因为没啥根对象.

*
并发标记
使用多条并发标记线程并行执行,并与用户线程并发执行.此过程进行可达性分析,标记出所有废弃的对象,速度很慢.
就像你麻麻在你屋子里收拾垃圾,并不影响你在屋里继续浪.这里也是新一代的收集器努力优化的地方

*
重新标记
显然,你麻麻再怎么努力收垃圾,你的屋子可能还是一堆被你新生的垃圾!漏标了很多垃圾!所以此时必须 STW,停止一切用户线程!
使用多条重新标记线程并行执行,将刚才并发标记过程中新出现的废弃对象标记出来.这个过程的运行时间介于初始标记和并发标记之间.

*
并发清除
只使用一条并发清除线程,和用户线程们并发执行,清除刚才标记的对象.这个过程非常耗时.

*
线程角度

CMS的缺点

*
吞吐量低
由于CMS在垃圾收集过程使用用户线程和GC线程并行执行,从而线程切换会有额外开销,因此CPU吞吐量就不如在GC过程中停止一切用户线程的方式来的高.

*
无法处理浮动垃圾,导致频繁Full GC
由于垃圾清除过程中,用户线程和GC线程并发执行,也就是用户线程仍在执行,那么在执行过程中会产生垃圾,这些垃圾称为"浮动垃圾".
如果CMS在垃圾清理过程中,用户线程需要在老年代中分配内存时发现空间不足,就需再次发起Full
GC,而此时CMS正在进行清除工作,因此此时只能由Serial Old临时对老年代进行一次Full GC.

*
使用"标记-清除"算法产生碎片空间
由于CMS使用了"标记-清除"算法, 因此清除之后会产生大量的碎片空间,不利于空间利用率.不过CMS提供了应对策略:

*
开启-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
开启该参数后,每次FullGC完成后都会进行一次内存压缩整理,将零散在各处的对象整理到一块儿.但每次都整理效率不高,因此提供了以下参数.

*
设置参数-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction
本参数告诉CMS,经过了N次Full GC过后再进行一次内存整理.

Java9 开始全面废除 CMS

<>三色标记算法 - 漏标问题引入

没有遍历到的 - 白色
自己标了,孩子也标了 - 黑色
自己标了,孩子还没标 - 灰色

* 第一种情况 ,已经标好了 ab,还没 d,如下,此时B=>D 消失,突然A=D了,因为 A已黑了,不会再 看他的孩子,于是 D 被漏标了!

<>漏标的解决方案

把 A 再标成灰色,看起来解决了?其实依然漏标!

CMS方案: Incremental Update的非常隐蔽的问题:
并发标记,依旧产生漏标!

于是产生了 G1!

<>G1收集器(Garbage-First)

当今最前沿的垃圾收集器成果之一.

<>G1的特点

* 追求停顿时间
* 多线程GC
* 面向服务端应用
* 整体来看基于标记-整理和局部来看基于复制算法合并
不会产生内存空间碎片.
* 可对整个堆进行垃圾回收
* 可预测的停顿时间
<>G1的内存模型

没有分代概念,而是将Java堆划分为一块块独立的大小相等的Region.当要进行垃圾收集时,首先估计每个Region中的垃圾数量,每次都从垃圾回收价值最大的Region开始回收,因此可以获得最大的回收效率.

<>Remembered Set

一个对象和它内部所引用的对象可能不在同一个Region中,那么当垃圾回收时,是否需要扫描整个堆内存才能完整地进行一次可达性分析?
当然不是,每个Region都有一个Remembered Set,用于记录本区域中所有对象引用的对象所在的区域,从而在进行可达性分析时,只要在GC
Roots中再加上Remembered Set即可防止对所有堆内存的遍历.

<>G1垃圾收集过程

* 初始标记
标记与GC Roots直接关联的对象,停止所有用户线程,只启动一条初始标记线程,这个过程很快.
* 并发标记
进行全面的可达性分析,开启一条并发标记线程与用户线程并行执行.这个过程比较长.
* 最终标记
标记出并发标记过程中用户线程新产生的垃圾.停止所有用户线程,并使用多条最终标记线程并行执行.
* 筛选回收
回收废弃的对象.此时也需要停止一切用户线程,并使用多条筛选回收线程并行执行.
<>回收算法

依旧前面例子:

因此,还是能追踪到 D,如果不维护 rset,需要扫描其他所有对象!因此只需要扫描该 region 即可~

针对新生代的垃圾回收器共有三个:Serial,Parallel Scavenge和Parallel
New。这三个采用的都是标记-复制算法。其中,Serial是一个单线程的,Parallel New可以看成Serial的多线程版本。Parallel
Scavenge和Parallel New类似,但更加注重吞吐率。此外,Parallel Scavenge不能与CMS一起使用。

针对老年代的垃圾回收器也有三个:刚刚提到的Serial Old和Parallel Old,以及CMS。Serial Old和Parallel
Old都是标记-压缩算法。同样,前者是单线程的,而后者可以看成前者的多线程版本。

CMS采用的是标记-清除算法,并且是并发的。除了少数几个操作需要Stop-the-world之外,它可以在应用程序运行过程中进行垃圾回收。在并发收集失败的情况下,Java虚拟机会使用其他两个压缩型垃圾回收器进行一次垃圾回收。由于G1的出现,CMS在Java
9中已被废弃[3]。

G1(Garbage
First)是一个横跨新生代和老年代的垃圾回收器。实际上,它已经打乱了前面所说的堆结构,直接将堆分成极其多个区域。每个区域都可以充当Eden区、Survivor区或者老年代中的一个。它采用的是标记-压缩算法,而且和CMS一样都能够在应用程序运行过程中并发地进行垃圾回收。

G1能够针对每个细分的区域来进行垃圾回收。在选择进行垃圾回收的区域时,它会优先回收死亡对象较多的区域。这也是G1名字的由来。

100g内存时,到头性能.
且G1 浪费空间,fullgc 特别慢!很多阶段都是 STW 的,所以有了 ZGC!

<>ZGC

听说你是 zerpo paused GC?
Java 11引入了ZGC,宣称暂停时间不超过10ms,支持 4TB,JDK13 到了 16TB!

和内存无关,TB 级也只停顿 1-10ms

*
UMA

*
NUMA
知道NUMA存在并且能利用,哪个CPU要分配对象,优先分配离得近的内存

*
目前不分代(将来可能分冷热对象)
ZGC 学习 Asul 的商用C4收集器

<>颜色指针

原来的GC信息记录在哪里呢?对象头部
ZGC记录在指针,跟对象无关,因此可以immediate memory reuse
低42位指向对象,2^42=4T JDK13 2^44=16T, 目前最大就 16T,还能再大吗???
后面四位伐表对象不同状态m0 m1 remapped finalizable
18为unused

<>灵魂问题

内存中有个地址
地址中装了01001000 , mov 72,到底是一个立即数,还是一条指令?
CPU->内存,通过总线连接,-> 数据总线地址总线控制总线,所以看是从啥总线来的即可
主板地址总线最宽 48bit 48-4 颜色位,就只剩 44 位了,所以最大 16T.

<>ZGC 阶段

1.pause mark start
2.concurrent mark
3.relocate

4.remap

对象的位置改变了,将其引用也改变过去 - 写屏障(与 JMM 的屏障不同,勿等同!)

而 ZGC 使用的读屏障!

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