JVM中一次完整的GC是什么样子的?

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上善若水. 发表于 2022/07/25 21:51:03 2022/07/25
【摘要】 JVM中一次完整的GC是什么样子的?

CMS 的问题:

  1. 并发回收导致CPU资源紧张:

在并发阶段,它虽然不会导致用户线程停顿,但却会因为占用了一部分线程而导致应用程序变慢,降低程序总吞吐量。CMS默认启动的回收线程数是:(CPU核数 + 3)/ 4,当CPU核数不足四个时,CMS对用户程序的影响就可能变得很大。

  1. 无法清理浮动垃圾:

在CMS的并发标记和并发清理阶段,用户线程还在继续运行,就还会伴随有新的垃圾对象不断产生,但这一部分垃圾对象是出现在标记过程结束以后,CMS无法在当次收集中处理掉它们,只好留到下一次垃圾收集时再清理掉。这一部分垃圾称为“浮动垃圾”。

  1. 并发失败(Concurrent Mode Failure):

由于在垃圾回收阶段用户线程还在并发运行,那就还需要预留足够的内存空间提供给用户线程使用,因此CMS不能像其他回收器那样等到老年代几乎完全被填满了再进行回收,必须预留一部分空间供并发回收时的程序运行使用。默认情况下,当老年代使用了 92% 的空间后就会触发 CMS 垃圾回收,这个值可以通过 -XX: CMSInitiatingOccupancyFraction 参数来设置。

这里会有一个风险:要是CMS运行期间预留的内存无法满足程序分配新对象的需要,就会出现一次“并发失败”(Concurrent Mode Failure),这时候虚拟机将不得不启动后备预案:Stop The World,临时启用 Serial Old 来重新进行老年代的垃圾回收,这样一来停顿时间就很长了。

4.内存碎片问题:

CMS是一款基于“标记-清除”算法实现的回收器,这意味着回收结束时会有内存碎片产生。内存碎片过多时,将会给大对象分配带来麻烦,往往会出现老年代还有很多剩余空间,但就是无法找到足够大的连续空间来分配当前对象,而不得不提前触发一次 Full GC 的情况。

为了解决这个问题,CMS收集器提供了一个 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 开关参数(默认开启),用于在 Full GC 时开启内存碎片的合并整理过程,由于这个内存整理必须移动存活对象,是无法并发的,这样停顿时间就会变长。还有另外一个参数 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction,这个参数的作用是要求CMS在执行过若干次不整理空间的 Full GC 之后,下一次进入 Full GC 前会先进行碎片整理(默认值为0,表示每次进入 Full GC 时都进行碎片整理)。

详细说一下G1的回收过程?
G1(Garbage First)回收器采用面向局部收集的设计思路和基于Region的内存布局形式,是一款主要面向服务端应用的垃圾回收器。G1设计初衷就是替换 CMS,成为一种全功能收集器。G1 在JDK9 之后成为服务端模式下的默认垃圾回收器,取代了 Parallel Scavenge 加 Parallel Old 的默认组合,而 CMS 被声明为不推荐使用的垃圾回收器。G1从整体来看是基于 标记-整理 算法实现的回收器,但从局部(两个Region之间)上看又是基于 标记-复制 算法实现的。

G1 回收过程,G1 回收器的运作过程大致可分为四个步骤:

初始标记(会STW):仅仅只是标记一下 GC Roots 能直接关联到的对象,并且修改TAMS指针的值,让下一阶段用户线程并发运行时,能正确地在可用的Region中分配新对象。这个阶段需要停顿线程,但耗时很短,而且是借用进行Minor GC的时候同步完成的,所以G1收集器在这个阶段实际并没有额外的停顿。

并发标记:从 GC Roots 开始对堆中对象进行可达性分析,递归扫描整个堆里的对象图,找出要回收的对象,这阶段耗时较长,但可与用户程序并发执行。当对象图扫描完成以后,还要重新处理在并发时有引用变动的对象。

最终标记(会STW):对用户线程做短暂的暂停,处理并发阶段结束后仍有引用变动的对象。

清理阶段(会STW):更新Region的统计数据,对各个Region的回收价值和成本进行排序,根据用户所期望的停顿时间来制定回收计划,可以自由选择任意多个Region构成回收集,然后把决定回收的那一部分Region的存活对象复制到空的Region中,再清理掉整个旧Region的全部空间。这里的操作涉及存活对象的移动,必须暂停用户线程,由多条回收器线程并行完成的。

JVM中一次完整的GC是什么样子的?
先描述一下Java堆内存划分。

在 Java 中,堆被划分成两个不同的区域:新生代 ( Young )、老年代 ( Old ),新生代默认占总空间的 1/3,老年代默认占 2/3。 新生代有 3 个分区:Eden、To Survivor、From Survivor,它们的默认占比是 8:1:1。

新生代的垃圾回收(又称Minor GC)后只有少量对象存活,所以选用复制算法,只需要少量的复制成本就可以完成回收。

老年代的垃圾回收(又称Major GC)通常使用“标记-清理”或“标记-整理”算法。

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