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问：JVM中GC类型有哪些？触发条件有哪些？区别是啥？

🕗 发布于 2024-10-18 15:08 jvm  

在Java虚拟机（JVM）中，垃圾收集（GC）是自动管理内存的关键机制。GC负责识别并回收那些不再被程序使用的对象，以释放内存空间。根据回收的区域和策略的不同，JVM中的GC可以分为多种类型。

一、GC的类型及其特性

1. 新生代GC

  • Serial GC

    • 定义：单线程的GC，适用于单CPU机器。
    • 特点：简单高效，但无法利用多核CPU的优势。
    • 工作原理：采用复制算法，在新生代（Young Generation）的Eden区和两个Survivor区之间来回复制存活的对象。
    • 适用场景和优势：适用于单CPU机器或内存较小的应用。优势在于实现简单，额外内存消耗最小，没有线程交互开销。

  • ParNew GC

    • 定义：Serial GC的多线程版本，适用于多CPU机器。
    • 特点：与Serial GC类似，但采用多线程并行执行，提高了回收效率。
    • 工作原理：同样采用复制算法，在新生代之间来回复制存活的对象。
    • 适用场景和优势：适用于多CPU机器，且需要减少GC停顿时间的应用。优势在于能够利用多核CPU的优势，提高回收效率。

  • Parallel Scavenge GC

    • 定义：以吞吐量为目标的新生代GC，适用于多CPU机器。
    • 特点：关注吞吐量（用户代码执行时间与总时间的比值），允许通过参数控制GC停顿时间。
    • 工作原理：采用复制算法，在新生代之间来回复制存活的对象。
    • 适用场景和优势：适用于后台任务、批处理应用等对吞吐量有较高要求的场景。优势在于能够控制GC停顿时间，同时最大化吞吐量。

  • G1 GC（新生代部分）

    • 定义：面向服务端应用的GC，适用于多处理器和大内存环境。
    • 特点：将堆划分为多个Region，按需进行回收，可预测的暂停时间。
    • 工作原理：在新生代采用复制算法，同时结合标记-整理算法处理跨代引用。
    • 适用场景和优势：适用于大型应用服务器，要求低延迟和高吞吐量的场景。优势在于可预测的暂停时间，避免长时间GC停顿对应用的影响。
2. 老生代GC

  • Serial Old GC

    • 定义：Serial GC的老年代版本，适用于单CPU机器。
    • 特点：单线程执行，采用标记-整理算法。
    • 工作原理：标记所有存活对象，然后将它们移动到内存的一端，清理掉边界以外的内存。
    • 适用场景和优势：适用于单CPU机器或内存较小的应用。优势在于实现简单，额外内存消耗最小。

  • Parallel Old GC

    • 定义：Parallel Scavenge GC的老年代版本，适用于多CPU机器。
    • 特点：多线程并行执行，采用标记-整理算法。
    • 工作原理：与Serial Old GC类似，但采用多线程并行处理，提高回收效率。
    • 适用场景和优势：适用于多CPU机器，且对吞吐量有较高要求的应用。优势在于能够利用多核CPU的优势，提高回收效率。

  • CMS GC（Concurrent Mark-Sweep GC）

    • 定义：以低延迟为目标的并发老年代GC，适用于多CPU机器。
    • 特点：在大部分时间与用户线程并发执行，减少GC停顿时间。
    • 工作原理：采用标记-清除算法，分为初始标记、并发标记、重新标记和并发清除四个阶段。
    • 适用场景和优势：适用于对响应时间敏感的服务端应用，如Web应用、在线交易系统等。优势在于低延迟，减少GC对应用的影响。但可能会产生内存碎片，且不适用于大对象较多的场景。

  • G1 GC（老年代部分）

    • 定义：与新生代部分共享定义，适用于整个堆内存的GC。
    • 特点：将堆划分为多个Region，按需进行回收，可预测的暂停时间。
    • 工作原理：在老年代采用标记-整理算法处理跨代引用，同时结合并发标记和清理阶段。
    • 适用场景和优势：适用于大型应用服务器，要求低延迟和高吞吐量的场景。优势在于可预测的暂停时间，避免长时间GC停顿对应用的影响。
3. 整堆GC

  • Full GC

    • 定义：对整个Java堆（包括新生代和老年代）和方法区进行垃圾收集。
    • 特点：回收速度慢，对系统性能影响较大，因为需要暂停所有应用线程（Stop-The-World）。
    • 工作原理：根据使用的GC算法（如标记-清除、标记-整理等）对整个堆进行垃圾收集。
    • 触发条件：老年代空间不足、方法区空间不足、显式调用System.gc()方法（尽管不建议这样做）、CMS GC时出现空间分配担保失败等。

二、young GC和full GC的触发条件示例

1. young GC触发条件示例
// 设置JVM参数，调整年轻代大小
-XX:NewSize=512m -XX:MaxNewSize=512m

public class YoungGCTriggerExample {
    public static void main(String[] args) {
        byte[] allocation1, allocation2;

        // 分配对象，填满年轻代
        allocation1 = new byte[200 * 1024 * 1024]; // 200MB
        allocation2 = new byte[200 * 1024 * 1024]; // 200MB
        allocation2 = null; // 尝试触发young GC

        // 继续分配对象，观察GC行为
        System.gc(); // 显式调用GC，但不一定触发young GC

        // ...其他代码...
    }
}

在这个示例中，通过分配大量对象填满年轻代，然后尝试触发young GC。注意，显式调用System.gc()方法并不一定会触发young GC，因为JVM有权忽略这种调用。

2. full GC触发条件示例
// 设置JVM参数，调整堆内存大小
-Xms512m -Xmx512m -XX:PermSize=64m -XX:MaxPermSize=64m

public class FullGCTriggerExample {
    public static void main(String[] args) {
        List<byte[]> list = new ArrayList<>();

        // 分配大量对象，填满老年代和方法区
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            byte[] allocation = new byte[500 * 1024]; // 500KB
            list.add(allocation);

            // 强制进行full GC（仅作为示例，不推荐在生产环境中使用）
            System.gc();
        }

        // ...其他代码...
    }
}

在这个示例中，通过分配大量对象填满老年代和方法区，然后显式调用System.gc()方法尝试触发full GC。注意，在实际应用中应避免显式调用System.gc()方法，JVM会根据内存使用情况自动决定何时进行GC。

三、GC类型及其适用场景和优势表格

GC类型定义特点工作原理适用场景优势
Serial GC单线程的GC，适用于单CPU机器简单高效，但无法利用多核CPU的优势复制算法单CPU机器或内存较小的应用实现简单，额外内存消耗最小
ParNew GCSerial GC的多线程版本，适用于多CPU机器多线程并行执行，提高回收效率复制算法多CPU机器，且需要减少GC停顿时间的应用利用多核CPU的优势，提高回收效率
Parallel Scavenge GC以吞吐量为目标的新生代GC，适用于多CPU机器关注吞吐量，允许通过参数控制GC停顿时间复制算法后台任务、批处理应用等对吞吐量有较高要求的场景控制GC停顿时间，同时最大化吞吐量
Serial Old GCSerial GC的老年代版本，适用于单CPU机器单线程执行，采用标记-整理算法标记-整理算法单CPU机器或内存较小的应用实现简单，额外内存消耗最小
Parallel Old GCParallel Scavenge GC的老年代版本，适用于多CPU机器多线程并行执行，采用标记-整理算法标记-整理算法多CPU机器，且对吞吐量有较高要求的应用利用多核CPU的优势，提高回收效率
CMS GC以低延迟为目标的并发老年代GC，适用于多CPU机器在大部分时间与用户线程并发执行，减少GC停顿时间标记-清除算法对响应时间敏感的服务端应用，如Web应用、在线交易系统等低延迟，减少GC对应用的影响
G1 GC面向服务端应用的GC，适用于多处理器和大内存环境将堆划分为多个Region，按需进行回收，可预测的暂停时间复制算法与标记-整理算法结合大型应用服务器，要求低延迟和高吞吐量的场景可预测的暂停时间，避免长时间GC停顿对应用的影响，同时保持较高的吞吐量
Full GC对整个Java堆（包括新生代和老年代）和方法区进行垃圾收集回收速度慢，对系统性能影响较大根据使用的GC算法对整个堆进行垃圾收集老年代或方法区空间不足时触发全面清理内存，但可能导致较长时间的应用暂停

四、GC类型补充

1. G1 GC的深入解释
  • Region划分：G1 GC将堆内存划分为多个大小相等的独立区域（Region），每个Region可以是Eden区、Survivor区或老年代区。G1 GC通过跟踪这些区域的垃圾收集进度，优先回收垃圾最多的区域。
  • 并发标记与清理：G1 GC在大部分时间内与用户线程并发执行，通过并发标记和清理阶段减少GC停顿时间。它使用写屏障（Write Barrier）技术来跟踪跨代引用，确保垃圾收集的准确性。
  • 可预测的暂停时间：G1 GC允许设置期望的GC暂停时间目标，通过动态调整Region的大小和回收策略来满足这一目标。这使得G1 GC成为对延迟敏感应用的理想选择。
2. Full GC的深入解释
  • 触发条件：Full GC的触发条件包括老年代空间不足、方法区空间不足、显式调用System.gc()方法（尽管不建议这样做）以及CMS GC时出现空间分配担保失败等。
  • 工作原理：Full GC根据使用的GC算法（如标记-清除、标记-整理等）对整个堆进行垃圾收集。在标记阶段，GC会遍历所有对象并标记出存活的对象；在清除或整理阶段，GC会回收未标记的对象或对存活对象进行整理。
  • 性能影响：由于Full GC需要暂停所有应用线程，因此它对系统性能的影响较大。长时间的GC停顿可能导致应用响应变慢甚至无响应。因此，应尽量避免频繁触发Full GC。

五、GC优化建议

  1. 调整堆内存大小：根据应用的内存需求调整JVM的堆内存大小（-Xms和-Xmx参数），避免堆内存过小导致频繁GC或堆内存过大导致内存浪费。
  2. 选择合适的GC类型：根据应用的特性和性能要求选择合适的GC类型。例如，对于延迟敏感的应用可以选择CMS GC或G1 GC；对于吞吐量要求较高的应用可以选择Parallel Scavenge GC和Parallel Old GC。
  3. 减少对象创建和销毁：优化代码逻辑，减少不必要的对象创建和销毁。例如，使用对象池来重用对象而不是频繁地创建和销毁新对象。
  4. 避免内存泄漏：定期检查和修复内存泄漏问题。内存泄漏会导致堆内存逐渐耗尽，最终触发Full GC甚至导致应用崩溃。
  5. 监控和调优GC性能：使用JVM提供的监控工具（如jconsole、jvisualvm等）监控GC性能，并根据监控结果调整GC参数和策略以优化性能。

综上所述，JVM中的GC类型多种多样，每种类型都有其独特的特性和适用场景。通过深入了解每种GC类型的工作原理和优势，并结合应用的实际情况进行选择和调优，可以显著提高应用的性能和稳定性。


原文地址：https://blog.csdn.net/li_guolin/article/details/142933027

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