Java虚拟机详解----垃圾收集器及GC参数
零、堆的回顾：
新生代中的98%对象都是“朝生夕死”的，所以并不需要按照1:1的比例来划分内存空间，而是将内存分为一块比较大的Eden空间和两块较小的Survivor空间，每次使用Eden和其中一块Survivor。当回收时，将Eden和Survivor中还存活着的对象一次性地复制到另外一块Survivor空间上，最后清理掉Eden和刚才用过的Survivor空间。HotSpot虚拟机默认Eden和Survivor的大小比例是8:1，也就是说，每次新生代中可用内存空间为整个新生代容量的90%（80%+10%），只有10%的空间会被浪费。
当然，98%的对象可回收只是一般场景下的数据，我们没有办法保证每次回收都只有不多于10%的对象存活，当Survivor空间不够用时，需要依赖于老年代进行分配担保，所以大对象直接进入老年代。
堆的结构如下图所示：
垃圾收集器：
如果说收集算法时内存回收的方法论，那么垃圾收集器就是内存回收的具体实现。
虽然我们在对各种收集器进行比较，但并非为了挑出一个最好的收集器。因为直到现在位置还没有最好的收集器出现，更加没有万能的收集器，所以我们选择的只是对具体应用最合适的收集器。
一、串行收集器：Serial收集器
- 最古老，最稳定
- 简单而高效
- 可能会产生较长的停顿
- -XX:+UseSerialGC
新生代、老年代都会使用串行回收
新生代复制算法
老年代标记-整理
总结：Serial收集器对于运行在Client模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。
这个收集器是一个单线程的收集器，但它的单线程的意义并不仅仅说明它只会使用一个CPU或一条收集线程去完成垃圾收集工作，更重要的是在它进行垃圾收集时，必须暂停其他所有的工作线程，直到它收集结束。收集器的运行过程如下图所示：
二、并行收集器：
1、ParNew收集器：
- ParNew收集器其实就是Serial收集器新生代的并行版本。
- 多线程，需要多核支持。
- -XX:+UseParNewGC
新生代并行
老年代串行
- -XX:ParallelGCThreads 限制线程数量
2、Parallel Scanvenge收集器：
- 类似ParNew，但更加关注吞吐量
- -XX:+UseParallelGC 使用Parallel Scanvenge收集器：新生代并行，老年代串行
3、Parallel Old收集器：
- Parallel Old收集器是Parallel Scanvenge收集器的老年代版本
- -XX:+UseParallelGC 使用Parallel Old收集器：新生代并行，老年代并行
如下图所示：
各种参数设置：
- -XX:MaxGCPauseMills
最大停顿时间，单位毫秒
GC尽力保证回收时间不超过设定值
- -XX:GCTimeRatio
0-100的取值范围
垃圾收集时间占总时间的比
默认99，即最大允许1%时间做GC
注：这两个参数是矛盾的。因为停顿时间和吞吐量不可能同时调优。我们一方买希望停顿时间少，另外一方面希望吞吐量高，其实这是矛盾的。因为：在GC的时候，垃圾回收的工作总量是不变的，如果将停顿时间减少，那频率就会提高；既然频率提高了，说明就会频繁的进行GC，那吞吐量就会减少，性能就会降低。
吞吐量：CPU用于用户代码的时间/CPU总消耗时间的比值，即=运行用户代码的时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)。比如，虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。
注2：以上所有的收集器当中，当执行GC时，都会stop the world，但是下面的CMS收集器却不会这样。
三、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的响应速度，希望系统停顿时间最短。
- Concurrent Mark Sweep 并发标记清除，并发低停顿
- 标记-清除算法
- 并发阶段会降低吞吐量（因为停顿时间减少了，于是GC的频率会变高）
- 老年代收集器（新生代使用ParNew）
- -XX:+UseConcMarkSweepGC 打开这收集器
注：这里的并发指的是与用户线程一起执行。
2、CMS收集器运行过程：（着重实现了标记的过程）
（1）初始标记
根可以直接关联到的对象
速度快
（2）并发标记（和用户线程一起）
主要标记过程，标记全部对象
（3）重新标记
由于并发标记时，用户线程依然运行，因此在正式清理前，再做修正
（4）并发清除（和用户线程一起）
基于标记结果，直接清理对象
整个过程如下图所示：
其中，初始标记和重新标记时，需要stop the world。
整个过程中耗时最长的是并发标记和并发清除，这两个过程都可以和用户线程一起工作。
打印GC日志举例如下：
3、CMS收集器特点：
（1）尽可能降低停顿
（2）会影响系统整体吞吐量和性能
比如，在用户线程运行过程中，分一半CPU去做GC，系统性能在GC阶段，反应速度就下降一半
（3）清理不彻底
因为在清理阶段，用户线程还在运行，会产生新的垃圾，无法清理
（4）因为和用户线程一起运行，不能在空间快满时再清理
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置触发GC的阈值
如果不幸内存预留空间不够，就会引起concurrent mode failure
我们来看一下concurrent mode failure的日志：
碰到上图中的情况，我们需要使用串行收集器作为后备。
4、既然标记清除算法会造成内存空间的碎片化，CMS收集器为什么使用标记清除算法而不是使用标记整理算法：
答案：
CMS收集器更加关注停顿，它在做GC的时候是和用户线程一起工作的（并发执行），如果使用标记整理算法的话，那么在清理的时候就会去移动可用对象的内存空间，那么应用程序的线程就很有可能找不到应用对象在哪里。
为了解决碎片的问题，CMS收集器会有一些整理上的参数，接下来就来讲这个。
5、整理时的各种参数：
- -XX:+ UseCMSCompactAtFullCollection
Full GC后，进行一次整理。整理过程是独占的，会引起停顿时间变长
- -XX:+CMSFullGCsBeforeCompaction
设置进行几次Full GC后，进行一次碎片整理
- -XX:ParallelCMSThreads
设定CMS的线程数量
四、GC参数的整理：
-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行收集器
-XX:SurvivorRatio：设置eden区大小和survivior区大小的比例
-XX:NewRatio:新生代和老年代的比
-XX:+UseParNewGC：在新生代使用并行收集器
-XX:+UseParallelGC ：新生代使用并行回收收集器
-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用并行回收收集器
-XX:ParallelGCThreads：设置用于垃圾回收的线程数
-XX:+UseConcMarkSweepGC：新生代使用并行收集器，老年代使用CMS+串行收集器
-XX:ParallelCMSThreads：设定CMS的线程数量
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：设置CMS收集器在老年代空间被使用多少后触发
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：设置CMS收集器在完成垃圾收集后是否要进行一次内存碎片的整理
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：设定进行多少次CMS垃圾回收后，进行一次内存压缩
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled：允许对类元数据进行回收
-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction：当永久区占用率达到这一百分比时，启动CMS回收
-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly：表示只在到达阀值的时候，才进行CMS回收
最后的总结：
为了减轻GC压力，我们需要注意些什么？
- 软件如何设计架构（性能的根本在应用）
- GC参数属于微调（设置不合理会影响性能，产生大的延时）
- 堆空间如何管理和分配
- 代码如何写
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