java中的串行并行及CMS垃圾回收器是怎樣的

本篇文章給大家分享的是有關(guān)java中的串行并行及CMS垃圾回收器是怎樣的，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家學(xué)習，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話(huà)不多說(shuō)，跟著(zhù)小編一起來(lái)看看吧。

1. 串行回收器: SerialGC

串行回收器是指使用單線(xiàn)程的回收器。每次回收器，串行回收器只有一個(gè)工作線(xiàn)程，對于并行能力較弱的計算機來(lái)說(shuō)，串行回收器的專(zhuān)注性和獨占性往往能讓其有更好的性能表現。

串行回收器可以在新生代和老年代使用，根據不同的堆空間分為新生代串行回收器和老年代串行器。

1.1 新生代串行回收器：SerialGC

串行回收器主要有兩個(gè)特點(diǎn)：

• 僅僅使用單線(xiàn)程進(jìn)行垃圾回收

• 獨占式的垃圾回收方式

使用 -XX:+UseSerialGC 參數可以指定使用新生代串行回收器或老年代串行回收器。當虛擬機在Client模式下運行時(shí)，它是默認的垃圾回收器。

1.2 老年代串行回收器：SerialOldGC

老年代串行回收器使用的標記壓縮法，和新生代串行回收器一樣，它也是一個(gè)串行的獨占式的垃圾回收器。由于老年代垃圾回收通常會(huì )需要比新生代垃圾回收更長(cháng)的時(shí)間，在堆空間較大的應用程序中，一旦老年代串行回收器啟動(dòng)，應用程序很可能會(huì )停頓較長(cháng)的時(shí)間。

若要開(kāi)啟老年代串行回收器，可以嘗試使用以下參數

• -XX:+UseSerialGC：新生代老年代都使用串行回收器

• -XX:+UseParNewGc：新生代使用parNew回收器，老年代使用串行回收器，jdk9、jdk10已刪除該參數，因為ParNew需要和CMS搭配工作，而CMS已經(jīng)被G1替代，不再支持此參數。

• -XX:+UseParallelGC：新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用串行回收器。

1.3 回收示例

示例代碼：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = null;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[2 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

使用參數 -Xmx10m -Xms10m -Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC 運行，gc 日志如下：

//回收新生代
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 1024K->337K(1536K), 0.0007683 secs] 1024K->337K(9728K), 0.0007883 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
//回收新生代與老年代
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 645K->37K(1536K), 0.0008160 secs][Tenured: 6470K->2410K(8192K), 0.0015724 secs] 6789K->2410K(9728K), [Metaspace: 2952K->2952K(1056768K)], 0.0024163 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
// 省略其他日志...

日志中的 DefNew 表示新生代，Tenured 表示老年代。

2. 并行回收器

并行回收器在串行回收器的基礎上做了改進(jìn)，它使用了多個(gè)線(xiàn)程同時(shí)進(jìn)行垃圾回收。對于并行能力強的計算機，可以有效減少垃圾回收所需要的時(shí)間。

2.1 SerialGC的多線(xiàn)程版本：ParNew 回收器

ParNew 回收器是一個(gè)工作在新生代的垃圾回收器。

它只是簡(jiǎn)單地將串行回收器多線(xiàn)程化，它的回收策略、算法及參數和新生代串行回收器一樣。在并發(fā)能力比較強的cpu上，它產(chǎn)生的停頓時(shí)間要短于串行回收器，而單cpu或者并發(fā)能力較弱的系統中，并行回收器的效果不會(huì )比串行回收器好，由于多線(xiàn)程的壓力，它的實(shí)際表現很可能比串行回收器差。

開(kāi)啟 ParNew 回收器可以使用以下參數：

• -XX:+UseParNewGC:新生代使用ParNew回收器，老年代使用串行回收器。jdk9、jdk10中已經(jīng)刪除，因為ParNew需要和CMS搭配工作，而CMS已經(jīng)被G1替代，不再支持此參數。

• -XX:+UseConcMarkSweepGC:新生代使用ParNew回收器，老年代使用CMS.jdk9、jdk10中不建議使用，建議使用默認的G1垃圾回收器。

ParNew回收器工作時(shí)的線(xiàn)程數可以使用-XX:ParallelGCThreads參數指定。一般，最好與CPU數量相當，避免過(guò)多的線(xiàn)程數影響垃圾回收性能。在默認情況下，當CPU數量小于8時(shí)，ParallelGCThreads的值等于CPU數量，當CPU數量大于8時(shí)，ParallelGCThreads的值等于3+((5xCPU_Count)/8)(CPU數量為16時(shí)，ParallelGCThreads的值為13)

示例代碼：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = null;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[2 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

使用參數 -Xmx10m -Xms10m -Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseParNewGC 運行，gc 日志如下：

[GC (Allocation Failure) [ParNew: 1024K->384K(1536K), 0.0004642 secs] 1024K->384K(9728K), 0.0004796 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 691K->265K(1536K), 0.0009477 secs][Tenured: 6509K->2407K(8192K), 0.0012491 secs] 6835K->2407K(9728K), [Metaspace: 2933K->2933K(1056768K)], 0.0022175 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 41K->45K(1536K), 0.0006914 secs][Tenured: 6503K->2407K(8192K), 0.0012305 secs] 6544K->2407K(9728K), [Metaspace: 2936K->2936K(1056768K)], 0.0019425 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
// 省略其他日志...

可以看到，這個(gè)輸出和新生代串行回收器的輸出幾乎一致，只有回收器標識符不同。

2.2 關(guān)注吞吐量的回收器：ParallelGC

ParallelGC是一個(gè)既可以工作在新生代，又可以工作在老年代的垃圾回收器。工作在新生代時(shí)，叫ParallelGC，工作在老年代時(shí)叫ParallelOldGC

2.2.1 新生代 ParallelGC 回收器

新生代 ParallelGC 回收器也是使用復制算法的回收器。從表面上看，它和ParaNew回收器一樣，都是多線(xiàn)程、獨占式的回收器，但是Parallel回收器有一個(gè)重要的特點(diǎn)：它非常關(guān)注系統的吞吐量。

新生代Parallel回收器可以使用以下參數啟用：

• -XX:+UseParallelGC:新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用串行回收器。

• -XX:+UseParallelOldGC:新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用ParallelOldGC回收器。

ParallelGC回收器提供了兩個(gè)重要的參數用于控制系統的吞吐量：

• -XX:MaxGCPauseMillis:設置最大垃圾回收停頓時(shí)間。它的值是一個(gè)大于0的整數。ParallelGC 在工作時(shí)，會(huì )調整java堆大小或者其他參數，盡可能指導停頓時(shí)間控制在MaxGCPauseMillis以?xún)取?/p>

• -XX:GCTimeRatio:設置吞吐量大小。它的值是一個(gè)0到100之間的整數，假設GCTimeRation的值為n，那么系統將花費不超過(guò)1/(1+n)的時(shí)間進(jìn)行垃圾回收，默認情況下它的取值是99，即有不超過(guò)1/(1+99)=1%的時(shí)間用于垃圾回收。

除此之外，ParallelGC回收器還支持一種自適應的GC調節策略，使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy可以打開(kāi)自適應策略。在這種模式下，新生代的大小、eden區和survivor區的比例、晉升老年代的對象年齡等參數會(huì )被自動(dòng)調整，以達到堆大小、吞吐量和停頓時(shí)間之間的平衡點(diǎn)。

2.2.2 老年代 ParallelOldGC 回收器

老年代ParallelOldGC回收器也是一種多線(xiàn)程并發(fā)的回收器。和新生代ParallelGC回收器一樣，它也是一種關(guān)注吞吐量的回收器。

老年代ParallelOldGC可以使用以下參數啟用:

• -XX:+UseParallelOldGC:新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用ParallelOldGC回收器。

參數 -XX:ParallelGCThreads 也可以用于設置垃圾回收時(shí)的線(xiàn)程數量。

2.2.3 回收示例

示例代碼：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = null;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[2 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

使用參數 -Xmx10m -Xms10m -Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseParallelOldGC 運行，gc 日志如下：

//回收年輕代
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 464K->432K(1536K)] 6616K->6584K(9728K), 0.0013387 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
//回收老年代
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 432K->0K(1536K)] [ParOldGen: 6152K->2407K(8192K)] 6584K->2407K(9728K), [Metaspace: 2928K->2928K(1056768K)], 0.0032880 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]

2.3 CMS回收器(jdk8及之前的版本)

與 ParallelGC 和 ParallelOldGC 不同，CMS (Concurrent Mark Sweep，意為并發(fā)標記清除) 回收器主要關(guān)注系統停頓時(shí)間。它是一個(gè)老年代垃圾回收器。

CMS主要工作步驟如下：

1. 初始標記(CMS-initial-mark)：標記根對象（STW）

2. 并發(fā)標記(CMS-concurrent-mark)：標記所有對象

3. 預清理(MS-concurrent-preclean)：清理前準備及控制停頓時(shí)間

4. 重新標記(CMS-remark)：修正并發(fā)標記數據（STW）

5. 并發(fā)清理(CMS-concurrent-sweep)：清理垃圾

6. 并發(fā)重置(CMS-concurrent-reset)：垃圾回收完成后，重新初始化CMS數據，為下一次垃圾回收做準備。

以上過(guò)程中，并發(fā)標記、并發(fā)清理和并發(fā)重置都是可以和應用線(xiàn)程一起執行的。

CMS 回收器的主要參數如下：

• 啟動(dòng)CMS垃圾回收器：-XX:+UseConcMarkSweepGC

• 關(guān)閉預清理：-XX:-CMSPrecleaningEnabled。在整個(gè)CMS的回收過(guò)程中，默認情況下，在并發(fā)標記之后，會(huì )有一個(gè)預清理的操作，預清理是并發(fā)的，除了為正式清理做準備檢查，還會(huì )嘗試控制一次停頓時(shí)間。

• 設置CMS的并發(fā)線(xiàn)程數：CMS默認啟動(dòng)的回收線(xiàn)程數目是 (ParallelGCThreads + 3)/4) ，如果你需要明確設定，可以通過(guò)-XX:ParallelCMSThreads=20來(lái)設定,其中ParallelGCThreads是年輕代的并行收集線(xiàn)程數.

• 指定內存回收的閾值：由于CMS不是獨占式的，在回收過(guò)程中，應用程序仍然在不停地工作。在應用程序工作的過(guò)程中，又會(huì )不斷地產(chǎn)生垃圾，這些新垃圾在當前的回收過(guò)程中是無(wú)法清除的。同時(shí)，因為應用程序沒(méi)有中斷，所以在CMS回收過(guò)程中，還應該確保應用程序有足夠的內存可用。因此，CMS回收器不會(huì )等到堆內存飽和時(shí)才進(jìn)行垃圾回收，而當堆內存使用率達到某一閾值時(shí)便開(kāi)始進(jìn)行回收。這個(gè)回收閾值可以通過(guò)參數-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction指定，默認是68，即老年代空間使用率達到68%時(shí)，會(huì )執行一次CMS回收。

• 開(kāi)啟碎片整理：CMS是不會(huì )整理堆碎片的，因此為了防止堆碎片引起full gc，通過(guò)會(huì )開(kāi)啟CMS階段進(jìn)行合并碎片選項：-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection，內存碎片的整理不是并發(fā)進(jìn)行的，因此性能上會(huì )有所消耗。

• 指定多少次CMS回收后，進(jìn)行一次內存壓縮：-XX:CMSFullGCBeforeCompaction

• 回收Perm區：CMS默認不回收Perm區的，如果Perm區滿(mǎn)了，會(huì )觸發(fā)一次FullGC。如果希望使用CMS回收Perm區，可以使用參數-XX:+CMSClassUnloadingEnabled。

示例代碼：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = null;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[2 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

使用參數 -Xmx10m -Xms10m -Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseConcMarkSweepGC 運行，gc 日志如下：

[GC (Allocation Failure) [ParNew: 1024K->362K(1536K), 0.0013608 secs] 1024K->362K(9728K), 0.0014303 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 730K->264K(1536K), 0.0028882 secs][CMS: 6490K->2418K(8192K), 0.0025366 secs] 6874K->2418K(9728K), [Metaspace: 3008K->3008K(1056768K)], 0.0054949 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (CMS Initial Mark) [1 CMS-initial-mark: 4466K(8192K)] 4466K(9728K), 0.0004792 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[CMS-concurrent-mark-start]
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 41K->55K(1536K), 0.0008476 secs][CMS[CMS-concurrent-mark: 0.002/0.003 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
 (concurrent mode failure): 6514K->2418K(8192K), 0.0035573 secs] 6555K->2418K(9728K), [Metaspace: 3016K->3016K(1056768K)], 0.0044327 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 41K->11K(1536K), 0.0008080 secs][CMS: 6514K->2419K(8192K), 0.0013165 secs] 6555K->2419K(9728K), [Metaspace: 3026K->3026K(1056768K)], 0.0021484 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (CMS Initial Mark) [1 CMS-initial-mark: 4467K(8192K)] 4467K(9728K), 0.0002437 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[CMS-concurrent-mark-start]
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 20K->4K(1536K), 0.0006944 secs][CMS[CMS-concurrent-mark: 0.001/0.002 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
 (concurrent mode failure): 6515K->2419K(8192K), 0.0023357 secs] 6536K->2419K(9728K), [Metaspace: 3037K->3037K(1056768K)], 0.0030568 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]

相關(guān)信息說(shuō)明如下：

• CMS Initial Mark:初始標記

• CMS-concurrent-mark:并發(fā)標記

• CMS-concurrent-preclean-start:預清理

• CMS-concurrent-abortable-preclean: 可中止的預清理，等待一次新生代GC再進(jìn)行后續操作。預清理后是重新標記階段，由于重新標記是獨占CPU的，如果新生代GC發(fā)生后，立即觸發(fā)一次重新標記，那么一次停頓的時(shí)間可能會(huì )很長(cháng)，為了避免這種情況，預處理會(huì )刻意等待一次新生代GC的發(fā)生，然后根據歷史性能數據預測下一次新生代GC可能發(fā)生的時(shí)間，在當前時(shí)間和預測時(shí)間的中間時(shí)刻進(jìn)行重新標記，這樣盡量避免新生代GC和重新標記重合，盡可能減少一次停頓時(shí)間。

• CMS-remark：重新標記

• CMS-concurrent-sweep:并發(fā)清除

• CMS-concurrent-reset:并發(fā)重置

• concurrent mode failure:CMS回收器并發(fā)回收失敗，這很可能是應用程序在運行過(guò)程中，垃圾未回收完成而新垃圾又在產(chǎn)生，導致老年代空間不夠造成的，可以考慮增加老年代空間，或者設置一個(gè)較小的-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction參數。注意：如果在CMS的執行過(guò)程中，已經(jīng)出現了內存不足的情況，CMS回收就會(huì )失敗，虛擬機將啟動(dòng)老年代串行回收器進(jìn)行垃圾回收，此時(shí)應用程序將完全中斷，直到垃圾回收完成，因此應盡量避免這種情況發(fā)生。