JVM + GC 学习笔记

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JVM+GC

• • JDK8
  • • JVM内存结构
    • GC作用域
    • • 常见垃圾回收算法
      • • GC Roots ？
    • JVM 参数
    • • • -XX:+ PrintGCDetails 打印解释
        • -XX:SurvivorRatio=8
        • -XX:NewRatio=2 设置老年代占比
        • -XX:MaxTenuringThreshold 设置垃圾最大年龄
        • 强引用 Reference
        • 软引用 SoftReference
        • 弱引用 WeakReference
        • 虚引用 PhantomReference
    • GC垃圾回收
    • • 四大垃圾回收方式
      • 查看默认垃圾收集器
      • 7大垃圾收集器
      • • • 年轻代和老年代垃圾回收器对应关系图
          • GC之Serial收集器
          • GC之ParNew收集器
          • GC之Parallel收集器
          • GC之ParallelOld收集器
          • GC之CMS收集器
          • GC之SerialOld收集器
          • GC之G1收集器
    • 如何选择GC收集器

JDK8

JVM内存结构

GC作用域

常见垃圾回收算法

引用计数
复制拷贝
标记清除
标记整理

GC Roots ？

JVM 确定垃圾，根节点判断

JVM 参数

基本参数

JVM 参数 
	1.标配参数 -version -help
	2.X参数 
	3.xx参数
		booleen参数 -XX  + 是   - 否    
			 -XX:+ PrintGCDetails  打印GC日志  
		key 参数 
			 -XX:MetaspaceSize=128m
		

Jinfo 查看配置项
	
	jinfo -flag 配置项 进程编号


查看参数

	原始的 -XX:+PrintFlagsInitial
	修改的 -XX:+PrintFlagsFinal

打印命令行参数

	java -XX:+PrintCommandLineFlags -version


-Xms 初始大小内存
-Xmx 最大分配内存
-Xss 1024k  栈内存 
-Xmn 设置年轻代大小
-XX:MetaspaceSize  设置元空间大小，不在虚拟机，使用本地内存

一些值打印

System.out.println("电脑核心线程数" + Runtime.getRuntime().availableProcessors());

long totalMemory=Runtime.getRuntime().totalMemory();// 返回java虚拟机内存总量
long maxMemory=Runtime.getRuntime().maxMemory();//返回java虚拟机内存最大内存量

System.out.println("TOTAL MEMORY(-Xms) = " + totalMemory + " (字节) . " + (totalMemory / (double) 1024 / 1024) +"MB");
System.out.println("MAx MEMORY(-Xmx) = " + maxMemory + " (字节) . " + (maxMemory / (double) 1024 /1024) +"MB");

-XX:+ PrintGCDetails 打印解释

GC

Full GC

-XX:SurvivorRatio=8

设置新生代eden 和S0 / S1空间的比例

默认 -XX:SurvivorRatio=8 ，Eden：S0 ：S1 8：1：1
-XX:SurvivorRatio=4 ，Eden：S0 ：S1 4：1：1

-XX:NewRatio=2 设置老年代占比

设置年轻代和老年代在堆结构中的比例

默认 -XX:NewRatio=2 ，新生代占1，老年代2 ，年轻代占堆三分之一
-XX:NewRatio=4 ，新生代占1，老年代4 ，年轻代占堆五分之一

-XX:MaxTenuringThreshold 设置垃圾最大年龄

强引用 Reference

OOM了都不会回收

例子：

软引用 SoftReference

需要用java.lang.ref.SoftReference 类实现，让对象豁免一些垃圾回收。

系统内存充足 不会 被回收
系统内存不足 会 被回收

内存够用就保留，不够用就回收

应用读取大量本地图片
HashMap 保存路径和相应图片对象关联软引用映射关系，内存不足，会自动回收避免OOM

弱引用 WeakReference

只要执行垃圾回收，不管JVM空间是否足够，都会回收

虚引用 PhantomReference

顾名思义是形同虚设 ，需要和引用队列一起使用ReferenceQueue联合使用

GC垃圾回收

四大垃圾回收方式

• 串行垃圾回收期（Serial）它为单线程环境设计并只使用一个线程进行垃圾回收，会暂停所有用户线程

• 并行垃圾回收器（Paralle）多个垃圾收集线程并行工作，此时用户线程是暂停的，适用于科学计算、大数据处理

• 并发垃圾回收期（CMS）用户线程和垃圾收集线程同时执行（不一定是并行，可能交替执行），不需要停顿用户线程。互联网公司多用它，对响应时间有要求的场景

• G1

查看默认垃圾收集器

7大垃圾收集器

年轻代和老年代垃圾回收器对应关系图

GC之Serial收集器

【串行回收器：Serial收集器】
一句话：一个单线程的收集器，在进行垃圾收集时候，必须停止其他所有工作线程直到它收集结束

串行收集器是最古老，最稳定及效率最高的收集器，只是用一个线程回收但其在垃圾收集进程中可能产生较长的停顿（Stop-The-Word 状态）。虽然收集垃圾过程中需要暂停所有其他工作线程，但是简单高效，对于限定单个CPU环境来说，没有线程交互的开销可以获得最高的单线程垃圾收集效率，因此Serial垃圾收集器依然是Client模式下默认的新生代垃圾收集器。

对应JVM参数 -XX:+UseSerialGC
开启后会使用：Serial（Young区用） + Serial Old （Old区用）的收集器组合
表示：新生代、老年代都会使用串行回收收集器，新生代使用复制算法，老年代使用 标记-整理算法

-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC （DefNew + Tenured）

GC之ParNew收集器

【ParNew 并行收集器】
一句话：使用多线程进行垃圾回收，垃圾收集时，会 Stop-the-world暂停其他所有工作线程直到它结束

PerNew收集器其实就是Serial收集器新生代的并行多线程版本，最常用应用场景配合老年代的CMS GC工作，其余行为和Serial收集器一样，PerNew垃圾收集器在垃圾收集过程中也要暂停其他所有工作线程。它是很多Java虚拟机运行在Server模式下新生代默认垃圾收集器

常用JVM参数：-XX:+UseParNewGC 启用ParNew收集器，只影响新生代的收集，不影响老年代
开启上述参数后，会使用 ParNew（young区用） + Serial Old的收集器组合，新生代使用复制算法，老年代使用标记-整理算法

但是，PartNew+ Tenured这样的搭配，java8不在推荐
Java HotSpot™ 64-Bit Server VM warning:
Using the ParNew young collector with the Serial old collector is deprecated and will likely be removed in a future release

备注
-XX:ParallelGCThreads 限制线程数量，默认开启和CPU数目相同的线程数

-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseParNewGC

GC之Parallel收集器

Parallel Scavenge收集器类似ParNew 也是一个新生代垃圾收集器，使用复制算法，也是一个并行多线程的垃圾收集器，俗称吞吐量优先收集器。一句话：串行收集器在新生代和老年代的并行化

它重点关注的是：
可控制吞吐量（Thoughput=运行用户代码时间 / (运行用户代码时间+垃圾收集时间)，也即比如程序运行100分钟，垃圾收集时间1分钟，吞吐量99%）。高吞吐量意味着高效利用CPU的时间，多用于后台运算不需要太多交互的任务。

自适应调节策略也是ParallelScavenge收集器与ParNew收集器的一个重要区别。（自适应调节策略：虚拟机会根据当前系统运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适停顿时间（-XX:MaxGCPauseMills）或最大吞吐量）

常用JVM参数：-XX:+useParallelGC或-XX：+UseParallelOldGC(可互相激活)使用Parallel Scabvenge 收集器
开启该参数后：新生代使用复制算法，老年代使用标记-整理算法

多说一句：-XX:ParallelGCThreads=数字N 表示启动多少个GC线程
cpu>8 N=5/8
cpu<8 N=实际个数

GC之ParallelOld收集器

Parallel Old 收集器是Parallel Scavenge 的老年代版本，使用多线程的标记-整理算法，Parallel Old收集器在JDK1.6开始提供

在JDK1.6之前，新生代使用Parallel Scavenge 收集器只能搭配老年代Serial Old收集器，只能保证新生代吞吐量优先，无法保证整体吞吐量。在JDK1.6之前（Parallel Scavenge + Serial Old）

Parallel Old 正是为了在年老代同样提供吞吐量优先的垃圾回收器，如果系统对吞吐量要求比较高，JDK1.8可以考虑新生代Parallel Scavenge 和老年代Parallel Old收集器的搭配策略。在JDK1.8及后（Parallel Scavenge + Parallel Old）

JVM常用参数
-XX:+UseParallelOldGC 使用Parallel Old收集器，设置该参数后，新生代Parallel +老年代Parallel Old

GC之CMS收集器

CMS收集器（Concurrent Mark Sweep: 并发标记清除）是一种以获取最短回收停顿时间为目标的收集器。
适合应用在互联网站或者B/S系统的服务器上，这类应用尤其重视服务器响应速度，子网系统停顿时间最短。

CMS非常适合堆内存大、CPU核数多的服务器端应用，也是G1之前大型应用首选收集器

标记清除分为四布：

1. 初始标记（CMS inital mark）
2. 并发标记（CMS concurrent mark）和用户线程一起
3. 重新标记（CMS remark）
4. 并发清除（CMS concurrent sweep）和用户线程一起

开启该收集器的JVM参数：-XX:+UseConcMarkSweepGC 开启该参数会自动将-XX:+UseParNewGC打开
开启该参数后，使用ParNew(young区用) + CMS（Old区用） + Serial Old 的收集器组合，Serial Old将作为CMS出错的后备收集器

-Xms10m -Xmx10m -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseConcMarkSweepGC

优缺点
优：1.并发收集低停顿
缺：1. 并发执行，对CPU压力大 2. 采用标记清除算法导致大量碎片

GC之SerialOld收集器

Serial Old是Serial 垃圾收集器老年代版本，同样是单线程的收集器，使用标记-整理算法，收集器主要运行Client 的Java虚拟机默认老年代垃圾收集器

在Server 模式下，主要两个用途（了解，版本已经到8 及以后）

1. 在Jdk1.5之前与新生代Parallel Scavenge 收集器搭配使用。（Parallel Scavenge + Serial Old）
2. 作为老年代版本使用CMS收集器的后备垃圾收集方案。

GC之G1收集器

最大好处
最大好处化整为零，避免全内存扫描，只需要按照区域来进行扫描即可。

以前收集器特点

• 年轻代和老年代是各自独立且连续的内存块
• 年轻代收集使用单 eden + S0 + S1 进行复制算法
• 老年代收集必须扫描整个老年代区域
• 都是尽可能少而快速执行GC为原则

官网描述中，G1是一种服务器端垃圾收集器，应用在多服务器和大容量内存环境下，在实现高吞吐量的同时，尽可能满足垃圾收集暂停时间的要求，另外，具有以下特性：

• 像CMS收集器一样，能与应用程序线程并发运行。
• 整理空闲时间更快。
• 需要更多时间预测GC停顿时间。
• 不希望牺牲大量吞吐性能。
• 不需要更大Java Heap.

G1收集器的设计目标是取代CMS收集器，同CMS相比，在以下表现更出色：

• G1是一个整理内存过程的垃圾收集器，不会产生很多内存碎片。
• G1的Stop The World (STW) 更可控，G1停顿时间添加预测机制，用户可以指定期望停顿时间。

CMS收集器虽然减少了暂停应用程序的运行时间，但是它还是存在着内存碎片问题。于是，为了去除内存碎片问题，同时又保留CMS收集器低暂停时间的优点，JAVA7发布了一个新的垃圾收集器-G1垃圾收集器

G1在2012年才在jdk1.7u4中使用。oracle 官方计划在jdk9中将G1变成默认垃圾收集器以替代CMS。它是一款面向服务端应用的收集器，主要应用在多CPU和大内存服务器环境下，极大减少垃圾收集的停顿时间，全面提升服务器的性能，逐步替换java8以前的CMS收集器。

主要改变的是Eden,Survivor和Tenured 等内存区域不再是连续的，而是一个个大小一样的region。
每个region从1M到30M不等。一个region有可能属于Eden,Survivo或Tenured内存区域。

特点
1.G1充分利用多CPU、多核环境硬件优势，尽量缩短STW。

2. G1整体上采用标记-整理算法，局部是通过复制算法，不会产生碎片。
3. 宏观看G1不在区分年轻代和老年代。把内存划分多个独立的子区域（region）,可以近似理解一个围棋的棋盘。
4. G1收集器里面整个内存混合在一起，但其本身在小范围内进行年轻代和老年代的区分，保留新生代和老年代。单它们不再是物理隔离，而是一部分Region的集合不需要Region 是连续的，也就是说依然采用不同GC方式处理不同区域。
5. G1虽然分带收集器，但整个内存分区不存在物理上的年轻代和老年代区别，也不需要完全独立survivor ( to space) 堆做复制准备。G1只有逻辑上分代概念，或者说每个分区都可能随G1运行在不同代之间前后切换。

Region 区域化垃圾收集器

区域化内存划片Region,整体为了一些列不连续的内存区域，避免全内存的GC操作。
核心思想将整个堆内存区域分为大小相同的子区域（Region） 在JVM启动时自动设置这些子区域的大小。
在堆得使用上，G1并不要求对象存储一定是物理上连续的只要逻辑上连续即可，每个分区不会固定为某个代服务，可以按需在年轻代和老年代之间切换。启动时可以通过参数-XX:G1HeapRegionSize=n 可指定分区大小（1MB-32MB，且必须是2的幂），默认整堆划分2048个分区。
大小范围在1MB-32MB，最多设置2048个区域，也即是支持最大内存：32MB * 2048 = 65536 = 64G内存

G1收集器Young GC

针对Eden区进行收集，Eden 区耗尽后被触发，主要小区域收集 + 形成连续内存块，避免内存碎片

• Eden区数据移动到Survivor区，假如出现Survivor区空间不够，Eden区数据会晋升到old区
• survivor 区的数据移动到新的Survivor区，部会数据晋升到old区
• 最后Eden区收拾干净了，GC结束，用户应用程序继续执行
  

4步过程

常用配置参数

• -XX:+UseG1GC
• -XX:G1HeapRegionSize=n 设置G1区域大小。值是2的幂，范围1MB-32MB。目标根据最小的java堆大小划分出的约2048个
• -XX:MaxGCPauseMills=n 最大GC停顿时间，这个是软目标，JVM尽可能（不保证）停顿小于这个时间
• -XX:initiatingHeapOccupancyPercent=n 堆占用多少的时候就触发GC，默认为45
• -XX:ConcGCThreads=n 并发GC使用的线程数
• -XX:G1ReservePercent=n 设置作为空闲空间的预留内存百分比，比降低目标空间溢出的风险，默认值10%

开发人员仅仅需要声明以下参数即可：
三步收纳：开始G1 + 设置最大内存 + 设置最大停顿时间

+XX:+UseG1GC -Xms32g -XX:MaxGCPauseMills=100
-XX:MaxGCPauseMills=n 最大GC停顿时间单位毫秒，这是个软目标，JVM尽可能（但不保证）停顿小于这个时间

和CMS相比优势

1. G1不会产生内存碎片
2. 是可以精确控制停顿。该收集器是整个堆（新生代、老年代）划分多个固定大小的区域，每次根据允许停顿时间去收集垃圾最多的区域。

如何选择GC收集器

本文标签： 学习笔记JVMGC