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垃圾收集器ParNew&CMS与底层三色标记算法详解

2023-01-29 23:06:50   11  举报

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系统架构

作者其他创作

大纲/内容

垃圾收集算法

分代收集理论

根据对象的存活周期将内存分为几块，jvm中分为新生代和老年代

标记复制算法

讲内存分为大小相等的两块，其中一块的内存满了，复制到另一半内存，回收另一半

标记整理算法（适合老年代）

标记之后不是直接回收对象，而是讲所有存活的对象向一段移动，清除掉边界以外的内存

标记清除算法（适合年轻代）

标记存活的对象，回收未标记对象，是最基础的收集算法

存在问题

效率问题：标记的对象太多，效率不高

空间问题：标记后会产生大量不连续的碎片

垃圾收集器

没有万能的垃圾收集器，根据应用场景选择适合自己的垃圾收集

Serial收集器(-XX：+UseSerialGC -XX：+UseSerialOldGC)

串行收集器，最基本的垃圾收集器，进行垃圾收集工作时会STW

新生代采用复制算法UseSerialGC

老年代采用标记-整理算法UseSerialOld

优点

没有线程交互的开销，可以获得很高的单线程收集效率

作为CMS收集器的后备方案

Parallel Scavenge收集器(-XX:+UseParallelGC(年轻代),-XX:+UseParallelOldGC(老年代))

是serial的多线程版本，在垃圾收集时使用多线程，减少STW时间，默认线程数和cpu核数相同，可以用参数修改，不推荐

新生代采用复制算法

老年代采用标记-整理算法

JDK8默认的新生代和老年代收集器：Parallel Scavenge收集器和Parallel Old收集器

ParNew收集器(-XX:+UseParNewGC)

新生代采用复制算法

老年代采用标记-整理算法

和Parallel收集器区别：

可以和CMS收集器配合使用

CMS（Concurrent Mark Sweep）收集器(-XX:+UseConcMarkSweepGC(old))

第一个实现让垃圾收集线程和用户线程同时工作的垃圾收集器

老年代使用标记-清除算法

运作过程：

初始标记：

暂停所有的其他线程(STW),并记录下GC root直接能引用的对象，速度很快

并发标记：

从GC root直接关联对象向下遍历对象，可以和用户线程一起并发运行

重新标记：

修正并发标记期间，产生变动的那一部分对象的标记记录，三色标记中的增量更新算法

并发清理：

开启用户线程，同时开始GC清理没有被标记的区域

并发重置：

重置本次GC中标记的数据

CMS优点：

并发收集，低停顿

CMS缺点:

对CPU资源敏感（会和服务抢资源）

解决方案: 无

无法处理浮动垃圾(在并发标记和并发清理阶段又产生垃圾，这种浮动垃圾只能等到下一次gc再清理了)；

解决方案：无

标记-清除算法会产生大量的碎片

解决方案：然通过参数-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection可以让jvm在执行完标记清除后再做整理

执行过程中可能一边回收，一边再次触发full gc，也就是"concurrentmode failure"，此时会进入stop the world，用serial old垃圾收集器来回收

CMS的核心参数：

-XX:+UseConcMarkSweepGC：启用cms

-XX:ConcGCThreads：并发的GC线程数

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：FullGC之后做压缩整理（减少碎片）

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：多少次FullGC之后压缩一次，默认是0，代表每次FullGC后都会压缩一次

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction: 当老年代使用达到该比例时会触发FullGC（默认是92，这是百分比）

-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly：只使用设定的回收阈值(-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设
定的值)，如果不指定，JVM仅在第一次使用设定值，后续则会自动调整

-XX:+CMSScavengeBeforeRemark：在CMS GC前启动一次minor gc，目的在于减少老年代对年轻代的引
用，降低CMS GC的标记阶段时的开销，一般CMS的GC耗时 80%都在标记阶段

-XX:+CMSParallellnitialMarkEnabled：表示在初始标记的时候多线程执行，缩短STW

-XX:+CMSParallelRemarkEnabled：在重新标记的时候多线程执行，缩短STW;

垃圾收集底层算法

三色标记

在并发标记的过程中，因为标记期间应用线程还在继续跑，对象间的引用可能发生变化，多标和漏标的情况就有可能发生。这里我们引入“三色标记”来给大家解释下，把Gcroots可达性分析遍历对象过程中遇到的对象，按照“是否访问过”这个条件标记成以下三种颜色：

黑色

表示对象已经被垃圾收集器访问过，且这个对象的所有引用都已经扫描过

灰色

表示对象已经被垃圾收集器访问过，但这个对象上至少存在一个引用还没有被扫描过。

白色

表示对象尚未被垃圾收集器访问过

多标会产生浮动垃圾

解决方案：

针对并发标记(还有并发清理)开始后产生的新对象，通常的做法是直接全部当成黑色

漏标会导致被引用的对象被当成垃圾误删除

解决方案：都是虚拟机通过写屏障来实现

增量更新（IncrementalUpdate）CMS用引用赋值操作前

黑色对象一旦新插入了指向白色对象的引用之后，它就变回灰色对象了，重新标记时会扫描新增的引用

原始快照（Snapshot At The Beginning，SATB）G1用引用赋值操作后

当灰色对象要删除指向白色对象的引用关系时，就将这个要删除的引用记录下来，并发扫描后将白色对象直接标记为黑色对象

为什么G1用SATB？CMS用增量更新？

SATB相对增量更新效率会高(当然SATB可能造成更多的浮动垃圾)，因为不需要在重新标记阶段再次深度扫描
被删除引用对象，而CMS对增量引用的根对象会做深度扫描，G1因为很多对象都位于不同的region，CMS就一块老年代区域，重新深度扫描对象的话G1的代价会比CMS高，所以G1选择SATB不深度扫描对象，只是简单标记，等到下一轮GC再深度扫描。