java中的串行并行及CMS垃圾回收器是怎樣的

本篇文章給大家分享的是有關(guān)java中的串行并行及CMS垃圾回收器是怎樣的，小編覺(jué)得挺實(shí)用的，因此分享給大家學(xué)習(xí)，希望大家閱讀完這篇文章后可以有所收獲，話不多說(shuō)，跟著小編一起來(lái)看看吧。

1. 串行回收器: SerialGC

串行回收器是指使用單線程的回收器。每次回收器，串行回收器只有一個(gè)工作線程，對(duì)于并行能力較弱的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，串行回收器的專注性和獨(dú)占性往往能讓其有更好的性能表現(xiàn)。

串行回收器可以在新生代和老年代使用，根據(jù)不同的堆空間分為新生代串行回收器和老年代串行器。

1.1 新生代串行回收器：SerialGC

串行回收器主要有兩個(gè)特點(diǎn)：

• 僅僅使用單線程進(jìn)行垃圾回收

• 獨(dú)占式的垃圾回收方式

使用 -XX:+UseSerialGC 參數(shù)可以指定使用新生代串行回收器或老年代串行回收器。當(dāng)虛擬機(jī)在Client模式下運(yùn)行時(shí)，它是默認(rèn)的垃圾回收器。

1.2 老年代串行回收器：SerialOldGC

老年代串行回收器使用的標(biāo)記壓縮法，和新生代串行回收器一樣，它也是一個(gè)串行的獨(dú)占式的垃圾回收器。由于老年代垃圾回收通常會(huì)需要比新生代垃圾回收更長(zhǎng)的時(shí)間，在堆空間較大的應(yīng)用程序中，一旦老年代串行回收器啟動(dòng)，應(yīng)用程序很可能會(huì)停頓較長(zhǎng)的時(shí)間。

若要開啟老年代串行回收器，可以嘗試使用以下參數(shù)

• -XX:+UseSerialGC：新生代老年代都使用串行回收器

• -XX:+UseParNewGc：新生代使用parNew回收器，老年代使用串行回收器，jdk9、jdk10已刪除該參數(shù)，因?yàn)镻arNew需要和CMS搭配工作，而CMS已經(jīng)被G1替代，不再支持此參數(shù)。

• -XX:+UseParallelGC：新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用串行回收器。

1.3 回收示例

示例代碼：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = null;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[2 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

使用參數(shù) -Xmx10m -Xms10m -Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseSerialGC 運(yùn)行，gc 日志如下：

//回收新生代
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 1024K->337K(1536K), 0.0007683 secs] 1024K->337K(9728K), 0.0007883 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
//回收新生代與老年代
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 645K->37K(1536K), 0.0008160 secs][Tenured: 6470K->2410K(8192K), 0.0015724 secs] 6789K->2410K(9728K), [Metaspace: 2952K->2952K(1056768K)], 0.0024163 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
// 省略其他日志...

日志中的 DefNew 表示新生代，Tenured 表示老年代。

2. 并行回收器

并行回收器在串行回收器的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，它使用了多個(gè)線程同時(shí)進(jìn)行垃圾回收。對(duì)于并行能力強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，可以有效減少垃圾回收所需要的時(shí)間。

2.1 SerialGC的多線程版本：ParNew 回收器

ParNew 回收器是一個(gè)工作在新生代的垃圾回收器。

它只是簡(jiǎn)單地將串行回收器多線程化，它的回收策略、算法及參數(shù)和新生代串行回收器一樣。在并發(fā)能力比較強(qiáng)的cpu上，它產(chǎn)生的停頓時(shí)間要短于串行回收器，而單cpu或者并發(fā)能力較弱的系統(tǒng)中，并行回收器的效果不會(huì)比串行回收器好，由于多線程的壓力，它的實(shí)際表現(xiàn)很可能比串行回收器差。

開啟 ParNew 回收器可以使用以下參數(shù)：

• -XX:+UseParNewGC:新生代使用ParNew回收器，老年代使用串行回收器。jdk9、jdk10中已經(jīng)刪除，因?yàn)镻arNew需要和CMS搭配工作，而CMS已經(jīng)被G1替代，不再支持此參數(shù)。

• -XX:+UseConcMarkSweepGC:新生代使用ParNew回收器，老年代使用CMS.jdk9、jdk10中不建議使用，建議使用默認(rèn)的G1垃圾回收器。

ParNew回收器工作時(shí)的線程數(shù)可以使用-XX:ParallelGCThreads參數(shù)指定。一般，最好與CPU數(shù)量相當(dāng)，避免過(guò)多的線程數(shù)影響垃圾回收性能。在默認(rèn)情況下，當(dāng)CPU數(shù)量小于8時(shí)，ParallelGCThreads的值等于CPU數(shù)量，當(dāng)CPU數(shù)量大于8時(shí)，ParallelGCThreads的值等于3+((5xCPU_Count)/8)(CPU數(shù)量為16時(shí)，ParallelGCThreads的值為13)

示例代碼：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = null;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[2 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

使用參數(shù) -Xmx10m -Xms10m -Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseParNewGC 運(yùn)行，gc 日志如下：

[GC (Allocation Failure) [ParNew: 1024K->384K(1536K), 0.0004642 secs] 1024K->384K(9728K), 0.0004796 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 691K->265K(1536K), 0.0009477 secs][Tenured: 6509K->2407K(8192K), 0.0012491 secs] 6835K->2407K(9728K), [Metaspace: 2933K->2933K(1056768K)], 0.0022175 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 41K->45K(1536K), 0.0006914 secs][Tenured: 6503K->2407K(8192K), 0.0012305 secs] 6544K->2407K(9728K), [Metaspace: 2936K->2936K(1056768K)], 0.0019425 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
// 省略其他日志...

可以看到，這個(gè)輸出和新生代串行回收器的輸出幾乎一致，只有回收器標(biāo)識(shí)符不同。

2.2 關(guān)注吞吐量的回收器：ParallelGC

ParallelGC是一個(gè)既可以工作在新生代，又可以工作在老年代的垃圾回收器。工作在新生代時(shí)，叫ParallelGC，工作在老年代時(shí)叫ParallelOldGC

2.2.1 新生代 ParallelGC 回收器

新生代 ParallelGC 回收器也是使用復(fù)制算法的回收器。從表面上看，它和ParaNew回收器一樣，都是多線程、獨(dú)占式的回收器，但是Parallel回收器有一個(gè)重要的特點(diǎn)：它非常關(guān)注系統(tǒng)的吞吐量。

新生代Parallel回收器可以使用以下參數(shù)啟用：

• -XX:+UseParallelGC:新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用串行回收器。

• -XX:+UseParallelOldGC:新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用ParallelOldGC回收器。

ParallelGC回收器提供了兩個(gè)重要的參數(shù)用于控制系統(tǒng)的吞吐量：

• -XX:MaxGCPauseMillis:設(shè)置最大垃圾回收停頓時(shí)間。它的值是一個(gè)大于0的整數(shù)。ParallelGC 在工作時(shí)，會(huì)調(diào)整java堆大小或者其他參數(shù)，盡可能指導(dǎo)停頓時(shí)間控制在MaxGCPauseMillis以內(nèi)。

• -XX:GCTimeRatio:設(shè)置吞吐量大小。它的值是一個(gè)0到100之間的整數(shù)，假設(shè)GCTimeRation的值為n，那么系統(tǒng)將花費(fèi)不超過(guò)1/(1+n)的時(shí)間進(jìn)行垃圾回收，默認(rèn)情況下它的取值是99，即有不超過(guò)1/(1+99)=1%的時(shí)間用于垃圾回收。

除此之外，ParallelGC回收器還支持一種自適應(yīng)的GC調(diào)節(jié)策略，使用-XX:+UseAdaptiveSizePolicy可以打開自適應(yīng)策略。在這種模式下，新生代的大小、eden區(qū)和survivor區(qū)的比例、晉升老年代的對(duì)象年齡等參數(shù)會(huì)被自動(dòng)調(diào)整，以達(dá)到堆大小、吞吐量和停頓時(shí)間之間的平衡點(diǎn)。

2.2.2 老年代 ParallelOldGC 回收器

老年代ParallelOldGC回收器也是一種多線程并發(fā)的回收器。和新生代ParallelGC回收器一樣，它也是一種關(guān)注吞吐量的回收器。

老年代ParallelOldGC可以使用以下參數(shù)啟用:

• -XX:+UseParallelOldGC:新生代使用ParallelGC回收器，老年代使用ParallelOldGC回收器。

參數(shù) -XX:ParallelGCThreads 也可以用于設(shè)置垃圾回收時(shí)的線程數(shù)量。

2.2.3 回收示例

示例代碼：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = null;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[2 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

使用參數(shù) -Xmx10m -Xms10m -Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseParallelOldGC 運(yùn)行，gc 日志如下：

//回收年輕代
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 464K->432K(1536K)] 6616K->6584K(9728K), 0.0013387 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
//回收老年代
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 432K->0K(1536K)] [ParOldGen: 6152K->2407K(8192K)] 6584K->2407K(9728K), [Metaspace: 2928K->2928K(1056768K)], 0.0032880 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]

2.3 CMS回收器(jdk8及之前的版本)

與 ParallelGC 和 ParallelOldGC 不同，CMS (Concurrent Mark Sweep，意為并發(fā)標(biāo)記清除) 回收器主要關(guān)注系統(tǒng)停頓時(shí)間。它是一個(gè)老年代垃圾回收器。

CMS主要工作步驟如下：

1. 初始標(biāo)記(CMS-initial-mark)：標(biāo)記根對(duì)象（STW）

2. 并發(fā)標(biāo)記(CMS-concurrent-mark)：標(biāo)記所有對(duì)象

3. 預(yù)清理(MS-concurrent-preclean)：清理前準(zhǔn)備及控制停頓時(shí)間

4. 重新標(biāo)記(CMS-remark)：修正并發(fā)標(biāo)記數(shù)據(jù)（STW）

5. 并發(fā)清理(CMS-concurrent-sweep)：清理垃圾

6. 并發(fā)重置(CMS-concurrent-reset)：垃圾回收完成后，重新初始化CMS數(shù)據(jù)，為下一次垃圾回收做準(zhǔn)備。

以上過(guò)程中，并發(fā)標(biāo)記、并發(fā)清理和并發(fā)重置都是可以和應(yīng)用線程一起執(zhí)行的。

CMS 回收器的主要參數(shù)如下：

• 啟動(dòng)CMS垃圾回收器：-XX:+UseConcMarkSweepGC

• 關(guān)閉預(yù)清理：-XX:-CMSPrecleaningEnabled。在整個(gè)CMS的回收過(guò)程中，默認(rèn)情況下，在并發(fā)標(biāo)記之后，會(huì)有一個(gè)預(yù)清理的操作，預(yù)清理是并發(fā)的，除了為正式清理做準(zhǔn)備檢查，還會(huì)嘗試控制一次停頓時(shí)間。

• 設(shè)置CMS的并發(fā)線程數(shù)：CMS默認(rèn)啟動(dòng)的回收線程數(shù)目是 (ParallelGCThreads + 3)/4) ，如果你需要明確設(shè)定，可以通過(guò)-XX:ParallelCMSThreads=20來(lái)設(shè)定,其中ParallelGCThreads是年輕代的并行收集線程數(shù).

• 指定內(nèi)存回收的閾值：由于CMS不是獨(dú)占式的，在回收過(guò)程中，應(yīng)用程序仍然在不停地工作。在應(yīng)用程序工作的過(guò)程中，又會(huì)不斷地產(chǎn)生垃圾，這些新垃圾在當(dāng)前的回收過(guò)程中是無(wú)法清除的。同時(shí)，因?yàn)閼?yīng)用程序沒(méi)有中斷，所以在CMS回收過(guò)程中，還應(yīng)該確保應(yīng)用程序有足夠的內(nèi)存可用。因此，CMS回收器不會(huì)等到堆內(nèi)存飽和時(shí)才進(jìn)行垃圾回收，而當(dāng)堆內(nèi)存使用率達(dá)到某一閾值時(shí)便開始進(jìn)行回收。這個(gè)回收閾值可以通過(guò)參數(shù)-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction指定，默認(rèn)是68，即老年代空間使用率達(dá)到68%時(shí)，會(huì)執(zhí)行一次CMS回收。

• 開啟碎片整理：CMS是不會(huì)整理堆碎片的，因此為了防止堆碎片引起full gc，通過(guò)會(huì)開啟CMS階段進(jìn)行合并碎片選項(xiàng)：-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection，內(nèi)存碎片的整理不是并發(fā)進(jìn)行的，因此性能上會(huì)有所消耗。

• 指定多少次CMS回收后，進(jìn)行一次內(nèi)存壓縮：-XX:CMSFullGCBeforeCompaction

• 回收Perm區(qū)：CMS默認(rèn)不回收Perm區(qū)的，如果Perm區(qū)滿了，會(huì)觸發(fā)一次FullGC。如果希望使用CMS回收Perm區(qū)，可以使用參數(shù)-XX:+CMSClassUnloadingEnabled。

示例代碼：

public class Demo02 {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] b = null;
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            b = new byte[2 * 1024 * 1024];
        }
    }
}

使用參數(shù) -Xmx10m -Xms10m -Xmn2m -XX:SurvivorRatio=2 -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseConcMarkSweepGC 運(yùn)行，gc 日志如下：

[GC (Allocation Failure) [ParNew: 1024K->362K(1536K), 0.0013608 secs] 1024K->362K(9728K), 0.0014303 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 730K->264K(1536K), 0.0028882 secs][CMS: 6490K->2418K(8192K), 0.0025366 secs] 6874K->2418K(9728K), [Metaspace: 3008K->3008K(1056768K)], 0.0054949 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (CMS Initial Mark) [1 CMS-initial-mark: 4466K(8192K)] 4466K(9728K), 0.0004792 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[CMS-concurrent-mark-start]
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 41K->55K(1536K), 0.0008476 secs][CMS[CMS-concurrent-mark: 0.002/0.003 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
 (concurrent mode failure): 6514K->2418K(8192K), 0.0035573 secs] 6555K->2418K(9728K), [Metaspace: 3016K->3016K(1056768K)], 0.0044327 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 41K->11K(1536K), 0.0008080 secs][CMS: 6514K->2419K(8192K), 0.0013165 secs] 6555K->2419K(9728K), [Metaspace: 3026K->3026K(1056768K)], 0.0021484 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (CMS Initial Mark) [1 CMS-initial-mark: 4467K(8192K)] 4467K(9728K), 0.0002437 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[CMS-concurrent-mark-start]
[GC (Allocation Failure) [ParNew: 20K->4K(1536K), 0.0006944 secs][CMS[CMS-concurrent-mark: 0.001/0.002 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
 (concurrent mode failure): 6515K->2419K(8192K), 0.0023357 secs] 6536K->2419K(9728K), [Metaspace: 3037K->3037K(1056768K)], 0.0030568 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs]

相關(guān)信息說(shuō)明如下：

• CMS Initial Mark:初始標(biāo)記

• CMS-concurrent-mark:并發(fā)標(biāo)記

• CMS-concurrent-preclean-start:預(yù)清理

• CMS-concurrent-abortable-preclean: 可中止的預(yù)清理，等待一次新生代GC再進(jìn)行后續(xù)操作。預(yù)清理后是重新標(biāo)記階段，由于重新標(biāo)記是獨(dú)占CPU的，如果新生代GC發(fā)生后，立即觸發(fā)一次重新標(biāo)記，那么一次停頓的時(shí)間可能會(huì)很長(zhǎng)，為了避免這種情況，預(yù)處理會(huì)刻意等待一次新生代GC的發(fā)生，然后根據(jù)歷史性能數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)下一次新生代GC可能發(fā)生的時(shí)間，在當(dāng)前時(shí)間和預(yù)測(cè)時(shí)間的中間時(shí)刻進(jìn)行重新標(biāo)記，這樣盡量避免新生代GC和重新標(biāo)記重合，盡可能減少一次停頓時(shí)間。

• CMS-remark：重新標(biāo)記

• CMS-concurrent-sweep:并發(fā)清除

• CMS-concurrent-reset:并發(fā)重置

• concurrent mode failure:CMS回收器并發(fā)回收失敗，這很可能是應(yīng)用程序在運(yùn)行過(guò)程中，垃圾未回收完成而新垃圾又在產(chǎn)生，導(dǎo)致老年代空間不夠造成的，可以考慮增加老年代空間，或者設(shè)置一個(gè)較小的-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction參數(shù)。注意：如果在CMS的執(zhí)行過(guò)程中，已經(jīng)出現(xiàn)了內(nèi)存不足的情況，CMS回收就會(huì)失敗，虛擬機(jī)將啟動(dòng)老年代串行回收器進(jìn)行垃圾回收，此時(shí)應(yīng)用程序?qū)⑼耆袛?，直到垃圾回收完成，因此?yīng)盡量避免這種情況發(fā)生。

以上就是java中的串行并行及CMS垃圾回收器是怎樣的，小編相信有部分知識(shí)點(diǎn)可能是我們?nèi)粘９ぷ鲿?huì)見到或用到的。希望你能通過(guò)這篇文章學(xué)到更多知識(shí)。更多詳情敬請(qǐng)關(guān)注億速云行業(yè)資訊頻道。