![JAVA 垃圾收集原理 @gongyin [email_address]](https://image.slidesharecdn.com/java-110717201355-phpapp01/85/Java-1-320.jpg)
Java垃圾收集原理
- 1. JAVA 垃圾收集原理 @gongyin [email_address]
- 3. “ Garbage collection ( GC ) is a form of automatic memory management . The garbage collector , or just collector , attempts to reclaim garbage , or memory occupied by objects that are no longer in use by the program ” - Wikipedia
- 6. 垃圾收集器如何做？ 检测出垃圾对象 直接方式：引用计数 间接方式 : 追踪对象引用图 回收垃圾对象所占用的内存空间 直接清除 压缩 拷贝 必须决定什么时候进行回收
- 7. 垃圾算法的基本要求 必须是安全的，存活数据不能被错误回收 应该是全面的，垃圾对象会在固定的收集周期被回收 应该有合理的开销，时间 / 空间 / 运行频率 尽可能少的内存碎片 应该是可扩展的，不会成为可扩展瓶颈
- 8. 常用的 GC 算法和策略 引用计数器（渐进式） 标记 - 清扫垃圾收集 节点复制垃圾收集 标记 - 缩并垃圾收集 分代垃圾收集 并发垃圾收集 分布式垃圾收集 自适应动态垃圾收集
- 9. 引用计数器 Pros 实现简单，能快速判断对象是否在使用 交织在程序中执行，不会挂起应用 Cons 无法处理循环引用 给程序执行带来额外的开销 与用户程序紧密的耦合
- 10. 标记 - 清扫算法 Pros 非常自然的处理环形结构 操纵指针没有额外的 开销 Cons 停止 - 启动 算法， STW 问题 内存碎片问题 渐进复杂度正比与堆的大小
- 11. 节点复制算法 Scavenger 清道夫，从垃圾中捡起有价值的并带走 Pros 所有存活的数据都缩并的排列在一起 无内存碎片，能够高效的分配对象 Cons 使用两个半区，存储容量加倍 重复拷贝 性能随着内存占用率提高而下降，复杂度正比于存活数据结构的大小，而不是堆的大小
- 12. 标记 - 缩并算法 缩并方式 任意的 / 线性的 / 滑动的 Pros 不需要占用额外空间 Cons 缩并带来性能损失 渐进复杂度类似与节点复制算法
- 13. 分代式垃圾收集器 Weak generational hypothesis 理论 大部分对象都是短暂的，生命周期很短 只有很少的长生命对象会引用短生命对象 把工作集中在回收最有可能是垃圾的对象上 Pros 不同的分代可以使用不同的算法和不同的搜集频率，能减少垃圾收集的整体开销 Cons 如果根集合巨大 分代间引用 以及 占位垃圾 问题
- 14. 分代式垃圾收集器 需要合理设置 提升策略 和 提升阀值 提升太快 Major GC 占位垃圾 和 庇护现象 程序的局部性有负面影响，工作集稀疏 增大写拦截器的开销 自适应提升策略 在缩短中断时间和占位垃圾之间进行折衷 调度策略 隐藏在用户最不注意到时刻 最多垃圾时触发
- 15. 渐进式和并发收集器 三色标记 已访问 \ 需重访问 \ 未访问 Pros 大幅缩短垃圾收集带来的中断时间 Cons 吞吐量，垃圾收集总耗时上升 “ 多个读，多个写”一致性问题，需要和用户程序同步，漂浮垃圾问题 需提前进行收集，可能并发收集失败
- 16. 自适应垃圾收集算法 监视服务器和应用情况，自动调整和选择合适的收集算法 JAVA 中的 Eronomic
- 18. Java 基于分代垃圾收集策略
- 19. Java 中如何检测垃圾对象的？ 找到 GC Root 集合 本地变量和局部变量引用的对象 方法区中类静态属性引用的对象 方法区中常量引用的对象 本地方法栈中 JNI 所引用的对象 跨分区引用的对象，分代间引用 引用对象被提升 被重新赋值指向新生分代对象
- 20. Java 中如何检测垃圾对象的？ 写拦截器 Write-barrier Dirty Card JVM 维护一个 dirty cards 表 每 512 byte 内存页关联到一个 dirty card 内存页发生变化，则标记 dirty page GC 完成，重设 dirty card Snapshot-at-the-beginning (SATB) G1
- 21. Java 中如何检测垃圾对象的？ 根据对象存活状态（ Reachable ）标记出垃圾对象 强引用 软引用（ SoftReference ） -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB 弱引用 (WeakReference) 可复活对象 被 finalize 方法复活 ( 需两遍扫描 ) 虚引用 (PhantomReference) 对象被回收时得到系统通知 ReferenceQueue 不可达对象
- 22. 垃圾清扫阶段 释放被占用的垃圾 非压缩，直接释放 清道夫复制 滑动缩并
- 23. 新对象分配 直接分配在新生代 Eden 或 TLAB TLAB thread local allocation block -XX:+PrintTLAB -XX:+UseTLAB -XX:+ResizeTLAB -XX:TLABSize=<size> -XX:MinTLABSize=<size> 大对象和大数组直接分派在旧生代 -XX:PretenureSizeThreshold= n 如果对象大于 Eden 大小 堆外分配 DirectByteBuffer Unsafe.allocateMemory -XX:MaxDirectMemorySize=<value>
- 24. 对象提升策略 -XX:+AlwaysTenure ，直接从新生代到旧生代 Survivor 区域满后，其他存活对象提升 对象已经存活一定次数的收集周期 – XX:MaxTenuringThreshold – XX:TargetSurvivorRatio
- 25. 垃圾收集器性能度量指标 吞吐量 throughput 没有花在 GC 上的时间百分比，比如 GC 花了 1% 的时间，那么吞吐量是 99% GC 负载 GC Overhead 停顿时间 pause Time 新生代暂停时间 = 栈扫描时间 +DirtyCard 扫描时间 + 旧生代扫描时间 + 存活对象赋值时间 垃圾收集器执行的频率 内存大小 Footprint 敏捷性 Promptness 对象变成垃圾和此块内存可以被利用的时间
- 26. Java 提供 4 种类型的 GC Serial Collector – XX :+UseSerialGC Parallel Collector – XX:+UseParallelGC Parallel Compacting Collector(1.5R6) – XX:+UseParallelOldGC CMS Collector – XX:+UseConcMarkSweepGC
- 27. 串行收集器 STW – XX:+UseSerialGC 新生代使用串行 GC 旧生代和持久代也使用串行 GC 适用于小内存客户端应用
- 28. 并行收集器 STW – XX:+UseParallelGC Parallel 新生代使用并行复制收集算法 旧生代使用并行压缩 mark-sweep-compacting – XX:+UseParallelOldGC – XX:ParallelGCThreads= n
- 29. 并发收集器 过程 Initial mark ,STW, 收集 GC Roots 栈 新生代对象应用旧生代对象 速度依赖于新生代存活对象的多少 – XX:CMSWaitDuration= n Concurrent Mark ，标记存活对象 Concurrent pre clean, 统计被改变的引用 Remark ， STW ，重新标记被改变的引用 – XX:+CMSScavengeBeforeRemark // 强制新生代 GC Concurrent sweep Concurrent reset
- 30. 并发收集器 – XX:+UseConcMarkSweepGC 不会压缩堆，不同大小碎片有各自的 free memory list – XX:+CMSIncrementalMode – XX:ParallelGCThreads=n 何时触发 最好在新生代 GC 之后 ‑ XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly = ‑ XX:+ExplicitGCInvokesConcurrent 导致 Full GC 并行模式问题 Concurrent mode failure 正在执行 CMS ，但是没有足够的空间分配给新对象 提升失败问题 Promotion failure 提升的对象太多，旧生代放不下
- 31. 并发收集器 针对多核优化参数 ‑ XX:+CMSConcurrentMTEnabled 并发阶段使用多核 ‑ XX:+ConcGCThreads= ‑ XX:+ParallelGCThreads= STW 阶段并行线程数目，默认 CPU 数目 ‑ XX:+UseParNewGC 新生代使用并行复制算法 限制 对 CPU 资源敏感 漂浮垃圾问题 内存碎片问题 ‑ XX:+UseCMSCompactAtFullCollection ‑ XX:+CMSFullGcsBeforeCompaction =
- 32. Garbge First G1 （ jdk16.R14 ） 基于 标记 - 压缩算法 可以精准的控制暂停时间 将 Heap 分为多个大小的独立区域 G1 维护优先列表，检测哪个区域内存使用最快，然后仅仅收集此区域 清除空区域代价很小 复制小数量的对象很快
- 33. GC 组合 Young collector Old collector JVM option Serial (DefNew) Serial Mark-Sweep-Compact -XX:+UseSerialGC Parallel scavenge (PSYoungGen) Serial Mark-Sweep-Compact (PSOldGen) -XX:+UseParallelGC Parallel scavenge (PSYoungGen) Parallel Mark-Sweep-Compact (ParOldGen) -XX:+UseParallelOldGC Serial (DefNew) Concurrent Mark Sweep -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:-UseParNewGC Parallel (ParNew) Concurrent Mark Sweep -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:-UseParNewGC G1 -XX:+UseG1GC
- 34. Ergonomics 基于平台和操作系统自动选择 collertor 、 heap size 和 hotspot client or server 目标是提供尽可能好的性能而不需要设置太多命令参数，自动化
- 35. Behavior-based parallel 最大停顿时间 -XX ： MaxGCPauseMillis=n 最大吞吐量 -XX ： GCTimeRatio=n Ratio = 1/ （ 1+N ） Default value = 1% 缺省优先级：先满足停顿时间，然后吞吐量，最后 footprint
- 36. 一些常用配置 单处理器系统或小内存， 100M 左右内存 -XX:+UseSerialGC 多处理器系统，需要最大吞吐量不关心暂停时间 -XX:+UseParallelGc -XX:+UseParallelOldGC 最小停顿时间 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+ParNewGC, 有内存碎片，内存越大越好
- 37. 优化原则 Do Nothing, 让 JVM 自动选择 不存在一个简单而普适的原则，必须充分理解系统的需求和特征 先 measure ，在 tune 不要过度 tune 需要在各个指标之间进行权衡
- 38. 常用监控和分析工具 GC 参数 -XX ： +PrintGCDetails -XX: +PrintHeapAtGC -XX ： +PrintGCTimeStamps -XX:+HeapDumpAfterFullGC -XX:+HeapDumpBeforeFullGC -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError Jmap –histo | -heap | -permstat Jstat Jconsole VisualVM HAT ： Heap Analysis Tool
- 39. References http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/gc-tuning-6-140523.html http://java.sun.com/performance/reference/whitepapers http://www.oracle.com/technetwork/java/faq-140837.html http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html#PerformanceTuning http://blogs.oracle.com/jonthecollector/entry/our_collectors http://java.sun.com/docs/hotspot/VMOptions.html
- 40. Thank you