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浅谈CMS和G1垃圾收集器

2023-02-10 13:34:59   16  举报

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浅谈CMS和G1L集收集器

程序员必备模板

学习笔记

作者其他创作

大纲/内容

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

老年代采用标记清除算法

运作流程

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:

CMS收集器对处理器资源非常敏感，CMS默认启动的回收线程数是（处理器核心数量+3）/4，也就是说，如果处理器核心数在四个或以上，并发回收时垃圾收集线程只占用不超过25%的处理器运算资源，但是当处理器核心数量不足四个时，
CMS对用户程序的影响就可能变得很大，处理器要分出一半的运算能力去执行收集器线程，吞吐量会大大降低。

解决方案：虚拟机提供了一种称为“增量式并发收集器”（Incremental Concurrent Mark Sweep/i-CMS）的CMS收集器变种,在并发标记、清理的时候让收集器线程、用户线程交替运行，尽量减少垃圾收集线程的独占资源的时间，减少了对用户线程的影响，但是增加了垃圾回收的时间，效果一般，JDK9发布后被废弃。

CMS无法处理浮动垃圾，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

解决方案：预留一部分空间供并发收集时的程序运作使用。在JDK5的默认设置下，CMS收集器当老年代使用了68%的空间后就会被激活，，可以适当调高参数-XX：CMSInitiatingOccu-pancyFraction的值来提高CMS的触发百分比，降低内存回收频率，获取更好的性能。到了JDK 6时，CMS收集器的启动阈值就已经默认提升至92%。

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

G1收集器(-XX:+UseG1GC)

面向服务器的垃圾收集器，主要针对配备大容量内存的机器，满足GC停顿时间要求，还需要具备高吞吐量性能特征

G1收集器的运作流程

初始标记（initial mark，STW）：暂停所有的其他线程，并记录下gc roots直接能引用的对象，速度很快；

并发标记（Concurrent Marking）：同CMS的并发标记

最终标记（Remark，STW）：同CMS的重新标记

筛选回收（Cleanup，STW）：筛选回收阶段首先对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间(可以用JVM参数 -XX:MaxGCPauseMillis指定)来制定回收计划

回收算法主要用的是复制算法，将一个region中的存活对象复制到另一个region中，这种不会像CMS那样回收完因为有很多内存碎片还需要整理一次，G1采用复制算法回收几乎不会有太多内存碎片

G1垃圾收集分类

YoungGC：回收时间远远小于参数 -XX:MaxGCPauseMills 设定的值，那么增加年轻代的region，继续给新对象存放，不会马上做YoungGC，直到下一次Eden区放满，G1计算回收时间接近参数 -XX:MaxGCPauseMills 设定的值，那么就会触发Young GC

MixedGC：不是FullGC，老年代的堆占有率达到参数(-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent)设定的值则触发，回收所有的Young和部分Old(根据期望的GC停顿时间确定old区垃圾收集的优先顺序)以及大对象区，主要使用复制算法，需要把各个region中存活的对象拷贝到别的region里去，拷贝过程中如果发现没有足够的空region能够承载拷贝对象就会触发一次Full GC

Full GC：停止系统程序，采用单线程进行标记、清理和压缩整理，好空出来一批Region来供下一次MixedGC使用

G1的优点：

并行与并发：G1能充分利用CPU、多核环境下的硬件优势，使用多个CPU（CPU或者CPU核心）来缩短StopThe-World停顿时间。

分代收集：虽然G1可以不需要其他收集器配合就能独立管理整个GC堆，但是还是保留了分代的概念。

空间整合：G1从整体来看是基于“标记整理”算法实现的收集器；从局部上来看是基于“复制”算法实现的

可预测的停顿：G1 除了求低停顿外，还能建立可预测的停顿时间模型，能让使用者明确指定在一个长度为M毫秒的时间片段(通过参数"-XX:MaxGCPauseMillis"指定)内完成垃圾收集。

G1缺点：

G1使用卡表处理跨代指针实现更为复杂，堆中每个Region，无论扮演的是新生代还是老年代角色，都必须有一份卡表，这导致G1的记忆集（和其他内存消耗）可能会占整个堆容量的20%乃至更多的内存空间，由于G1对写屏障的复杂操作需要消耗更多的运算资源，G1就不得不将其实现为类似于消息队列的结构，把写前屏障和写后屏障中要做的事情都放到队列里，然后再异步处理。

解决方案：大于8内存使用G1垃圾收集器

为什么说8G以上应该用g1而不是用ParNew+CMS？

这是由于ParNew+CMS是将内存分配为年轻代和老年代。只有当内存满了才会进行gc，使用8G以上的内存就会导致一次gc要清理的垃圾实在太多了，会导致CMS进行垃圾收集时，并发标记和并发清理的时间太长，用户线程也在同时进行，导致一次回收没有结束，再次触发fullGC，stw进行单线程回收

G1则将内存分成多个大小相等region块，使用复制算法，提升效率，在大内存的情况下，G1的记忆集合其他内存消耗，占领堆的比例也会降低，还能建立可预测的停顿时间模型，控制垃圾回收的时间