如何理解VM調(diào)優(yōu)中分代垃圾回收

今天就跟大家聊聊有關(guān)如何理解VM調(diào)優(yōu)中分代垃圾回收，可能很多人都不太了解，為了讓大家更加了解，小編給大家總結(jié)了以下內(nèi)容，希望大家根據(jù)這篇文章可以有所收獲。

為什么要分代

分代的垃圾回收策略，是基于這樣一個(gè)事實(shí)：不同的對(duì)象的生命周期是不一樣的。因此，不同生命周期的對(duì)象可以采取不同的收集方式，以便提高回收效率。

在Java程序運(yùn)行的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的對(duì)象，其中有些對(duì)象是與業(yè)務(wù)信息相關(guān)，比如Http請(qǐng)求中的Session對(duì)象、線程、Socket連接，這類對(duì)象跟業(yè)務(wù)直接掛鉤，因此生命周期比較長(zhǎng)。但是還有一些對(duì)象，主要是程序運(yùn)行過(guò)程中生成的臨時(shí)變量，這些對(duì)象生命周期會(huì)比較短，比如：String對(duì)象，由于其不變類的特性，系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量的這些對(duì)象，有些對(duì)象甚至只用一次即可回收。

試想，在不進(jìn)行對(duì)象存活時(shí)間區(qū)分的情況下，每次垃圾回收都是對(duì)整個(gè)堆空間進(jìn)行回收，花費(fèi)時(shí)間相對(duì)會(huì)長(zhǎng)，同時(shí)，因?yàn)槊看位厥斩夹枰闅v所有存活對(duì)象，但實(shí)際上，對(duì)于生命周期長(zhǎng)的對(duì)象而言，這種遍歷是沒有效果的，因?yàn)榭赡苓M(jìn)行了很多次遍歷，但是他們依舊存在。因此，分代垃圾回收采用分治的思想，進(jìn)行代的劃分，把不同生命周期的對(duì)象放在不同代上，不同代上采用最適合它的垃圾回收方式進(jìn)行回收。

如何分代

如圖所示：

虛擬機(jī)中的共劃分為三個(gè)代：年輕代（Young Generation）、年老點(diǎn)（Old Generation）和持久代（Permanent Generation）。其中持久代主要存放的是Java類的類信息，與垃圾收集要收集的Java對(duì)象關(guān)系不大。年輕代和年老代的劃分是對(duì)垃圾收集影響比較大的。

年輕代：

所有新生成的對(duì)象首先都是放在年輕代的。年輕代的目標(biāo)就是盡可能快速的收集掉那些生命周期短的對(duì)象。年輕代分三個(gè)區(qū)。一個(gè)Eden區(qū)，兩個(gè)Survivor區(qū)(一般而言)。大部分對(duì)象在Eden區(qū)中生成。當(dāng)Eden區(qū)滿時(shí)，還存活的對(duì)象將被復(fù)制到Survivor區(qū)（兩個(gè)中的一個(gè)），當(dāng)這個(gè)Survivor區(qū)滿時(shí)，此區(qū)的存活對(duì)象將被復(fù)制到另外一個(gè)Survivor區(qū)，當(dāng)這個(gè)Survivor去也滿了的時(shí)候，從***個(gè)Survivor區(qū)復(fù)制過(guò)來(lái)的并且此時(shí)還存活的對(duì)象，將被復(fù)制“年老區(qū)(Tenured)”。需要注意，Survivor的兩個(gè)區(qū)是對(duì)稱的，沒先后關(guān)系，所以同一個(gè)區(qū)中可能同時(shí)存在從Eden復(fù)制過(guò)來(lái) 對(duì)象，和從前一個(gè)Survivor復(fù)制過(guò)來(lái)的對(duì)象，而復(fù)制到年老區(qū)的只有從***個(gè)Survivor去過(guò)來(lái)的對(duì)象。而且，Survivor區(qū)總有一個(gè)是空的。同時(shí)，根據(jù)程序需要，Survivor區(qū)是可以配置為多個(gè)的（多于兩個(gè)），這樣可以增加對(duì)象在年輕代中的存在時(shí)間，減少被放到年老代的可能。

年老代：

在年輕代中經(jīng)歷了N次垃圾回收后仍然存活的對(duì)象，就會(huì)被放到年老代中。因此，可以認(rèn)為年老代中存放的都是一些生命周期較長(zhǎng)的對(duì)象。

持久代：

用于存放靜態(tài)文件，如今Java類、方法等。持久代對(duì)垃圾回收沒有顯著影響，但是有些應(yīng)用可能動(dòng)態(tài)生成或者調(diào)用一些class，例如Hibernate等，在這種時(shí)候需要設(shè)置一個(gè)比較大的持久代空間來(lái)存放這些運(yùn)行過(guò)程中新增的類。持久代大小通過(guò)-XX:MaxPermSize=<N>進(jìn)行設(shè)置。

什么情況下觸發(fā)垃圾回收

由于對(duì)象進(jìn)行了分代處理，因此垃圾回收區(qū)域、時(shí)間也不一樣。GC有兩種類型：Scavenge GC和Full GC。

Scavenge GC

一般情況下，當(dāng)新對(duì)象生成，并且在Eden申請(qǐng)空間失敗時(shí)，就會(huì)觸發(fā)Scavenge GC，對(duì)Eden區(qū)域進(jìn)行GC，清除非存活對(duì)象，并且把尚且存活的對(duì)象移動(dòng)到Survivor區(qū)。然后整理Survivor的兩個(gè)區(qū)。這種方式的GC是對(duì)年輕代的Eden區(qū)進(jìn)行，不會(huì)影響到年老代。因?yàn)榇蟛糠謱?duì)象都是從Eden區(qū)開始的，同時(shí)Eden區(qū)不會(huì)分配的很大，所以Eden區(qū)的GC會(huì)頻繁進(jìn)行。因而，一般在這里需要使用速度快、效率高的算法，使Eden去能盡快空閑出來(lái)。

Full GC

對(duì)整個(gè)堆進(jìn)行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC因?yàn)樾枰獙?duì)整個(gè)對(duì)進(jìn)行回收，所以比Scavenge GC要慢，因此應(yīng)該盡可能減少Full GC的次數(shù)。在對(duì)JVM調(diào)優(yōu)的過(guò)程中，很大一部分工作就是對(duì)于FullGC的調(diào)節(jié)。有如下原因可能導(dǎo)致Full GC：

分代垃圾回收流程示意

選擇合適的垃圾收集算法

串行收集器

用單線程處理所有垃圾回收工作，因?yàn)闊o(wú)需多線程交互，所以效率比較高。但是，也無(wú)法使用多處理器的優(yōu)勢(shì)，所以此收集器適合單處理器機(jī)器。當(dāng)然，此收集器也可以用在小數(shù)據(jù)量（100M左右）情況下的多處理器機(jī)器上。可以使用-XX:+UseSerialGC打開。

并行收集器

對(duì)年輕代進(jìn)行并行垃圾回收，因此可以減少垃圾回收時(shí)間。一般在多線程多處理器機(jī)器上使用。使用-XX:+UseParallelGC.打開。并行收集器在J2SE5.0第六6更新上引入，在Java SE6.0中進(jìn)行了增強(qiáng)--可以對(duì)年老代進(jìn)行并行收集。如果年老代不使用并發(fā)收集的話，默認(rèn)是使用單線程進(jìn)行垃圾回收，因此會(huì)制約擴(kuò)展能力。使用-XX:+UseParallelOldGC打開。

使用-XX:ParallelGCThreads=<N>設(shè)置并行垃圾回收的線程數(shù)。此值可以設(shè)置與機(jī)器處理器數(shù)量相等。

此收集器可以進(jìn)行如下配置：

并發(fā)收集器

可以保證大部分工作都并發(fā)進(jìn)行（應(yīng)用不停止），垃圾回收只暫停很少的時(shí)間，此收集器適合對(duì)響應(yīng)時(shí)間要求比較高的中、大規(guī)模應(yīng)用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打開。

并發(fā)收集器主要減少年老代的暫停時(shí)間，他在應(yīng)用不停止的情況下使用獨(dú)立的垃圾回收線程，跟蹤可達(dá)對(duì)象。在每個(gè)年老代垃圾回收周期中，在收集初期并發(fā)收集器 會(huì)對(duì)整個(gè)應(yīng)用進(jìn)行簡(jiǎn)短的暫停，在收集中還會(huì)再暫停一次。第二次暫停會(huì)比***次稍長(zhǎng)，在此過(guò)程中多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行垃圾回收工作。

并發(fā)收集器使用處理器換來(lái)短暫的停頓時(shí)間。在一個(gè)N個(gè)處理器的系統(tǒng)上，并發(fā)收集部分使用K/N個(gè)可用處理器進(jìn)行回收，一般情況下1<=K<=N/4。

在只有一個(gè)處理器的主機(jī)上使用并發(fā)收集器，設(shè)置為incremental mode模式也可獲得較短的停頓時(shí)間。

浮動(dòng)垃圾：由于在應(yīng)用運(yùn)行的同時(shí)進(jìn)行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收進(jìn)行完成時(shí)產(chǎn)生，這樣就造成了“Floating Garbage”，這些垃圾需要在下次垃圾回收周期時(shí)才能回收掉。所以，并發(fā)收集器一般需要20%的預(yù)留空間用于這些浮動(dòng)垃圾。

Concurrent Mode Failure：并發(fā)收集器在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)進(jìn)行收集，所以需要保證堆在垃圾回收的這段時(shí)間有足夠的空間供程序使用，否則，垃圾回收還未完成，堆空間先滿了。這種情況下將會(huì)發(fā)生“并發(fā)模式失敗”，此時(shí)整個(gè)應(yīng)用將會(huì)暫停，進(jìn)行垃圾回收。

啟動(dòng)并發(fā)收集器：因?yàn)椴l(fā)收集在應(yīng)用運(yùn)行時(shí)進(jìn)行收集，所以必須保證收集完成之前有足夠的內(nèi)存空間供程序使用，否則會(huì)出現(xiàn)“Concurrent Mode Failure”。通過(guò)設(shè)置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N>指定還有多少剩余堆時(shí)開始執(zhí)行并發(fā)收集。

小  結(jié)

串行處理器

◆  適用情況：數(shù)據(jù)量比較?。?00M左右）；單處理器下并且對(duì)響應(yīng)時(shí)間無(wú)要求的應(yīng)用。

◆ 缺點(diǎn)：只能用于小型應(yīng)用。

并行處理器：

◆ 適用情況：“對(duì)吞吐量有高要求”，多CPU、對(duì)應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間無(wú)要求的中、大型應(yīng)用。舉例：后臺(tái)處理、科學(xué)計(jì)算。
◆ 缺點(diǎn)：垃圾收集過(guò)程中應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間可能加長(zhǎng)。

并發(fā)處理器：

◆ 適用情況：“對(duì)響應(yīng)時(shí)間有高要求”，多CPU、對(duì)應(yīng)用響應(yīng)時(shí)間有較高要求的中、大型應(yīng)用。舉例：Web服務(wù)器/應(yīng)用服務(wù)器、電信交換、集成開發(fā)環(huán)境。

看完上述內(nèi)容，你們對(duì)如何理解VM調(diào)優(yōu)中分代垃圾回收有進(jìn)一步的了解嗎？如果還想了解更多知識(shí)或者相關(guān)內(nèi)容，請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道，感謝大家的支持。