1. GC分类与性能指标

1.1 引言

  1. 垃圾收集器没有在规范中进行过多的规定，可以由不同的厂商、不同版本的JVM来实现。
  2. 由于JDK的版本处于高速迭代过程中，因此Java发展至今已经衍生了众多的GC版本。
  3. 从不同角度分析垃圾收集器，可以将GC分为不同的类型。

补充知识：Java不同版本新特性

  1. 语法层面：Lambda表达式、switch、自动拆箱装箱、enum、泛型
  2. API层面：Stream API、新的日期时间、Optional、String、集合框架
  3. 底层优化：JVM优化、GC的变化、元空间、静态域、字符串常量池等

1.2 垃圾回收器分类

按线程数分（垃圾回收线程数），可以分为串行垃圾回收器和并行垃圾回收器。
image.png

  1. 串行回收指的是在同一时间段内只允许有一个CPU用于执行垃圾回收操作，此时工作线程被暂停，直至垃圾收集工作结束。
    1. 在诸如单CPU处理器或者较小的应用内存等硬件平台不是特别优越的场合，串行回收器的性能表现可以超过并行回收器和并发回收器。所以，串行回收默认被应用在客户端的Client模式下的JVM中
    2. 在并发能力比较强的CPU上，并行回收器产生的停顿时间要短于串行回收器
  2. 和串行回收相反，并行收集可以运用多个CPU同时执行垃圾回收，因此提升了应用的吞吐量，不过并行回收仍然与串行回收一样，采用独占式，使用了“Stop-the-World”机制。

按照工作模式分，可以分为并发式垃圾回收器和独占式垃圾回收器。

  1. 并发式垃圾回收器与应用程序线程交替工作，以尽可能减少应用程序的停顿时间。一个CPU上垃圾回收线程和用户线程一起并发工作。
  2. 独占式垃圾回收器（Stop the World）一旦运行，就停止应用程序中的所有用户线程，直到垃圾回收过程完全结束。此时只是垃圾回收线程工作。

image.png
按碎片处理方式分，可分为压缩式垃圾回收器和非压缩式垃圾回收器。

  1. 压缩式垃圾回收器会在回收完成后，对存活对象进行压缩整理，消除回收后的碎片。再分配对象空间使用指针碰撞
  2. 非压缩式的垃圾回收器不进行这步操作，分配对象空间使用空闲列表

按工作的内存区间分，又可分为年轻代垃圾回收器和老年代垃圾回收器。

1.3 评估GC的性能指标

指标

  1. 吞吐量：运行用户代码的时间占总运行时间的比例（总运行时间 = 程序的运行时间 + 内存回收的时间）
  2. 垃圾收集开销：吞吐量的补数，垃圾收集所用时间与总运行时间的比例。
  3. 暂停时间：执行垃圾收集时，程序的工作线程被暂停的时间。
  4. 收集频率：相对于应用程序的执行，收集操作发生的频率。
  5. 内存占用：Java堆区所占的内存大小。
  6. 快速：一个对象从诞生到被回收所经历的时间。
  • 吞吐量、暂停时间、内存占用这三者共同构成一个“不可能三角”。三者总体的表现会随着技术进步而越来越好。一款优秀的收集器通常最多同时满足其中的两项。
  • 这三项里，暂停时间的重要性日益凸显。因为随着硬件发展，内存占用多些越来越能容忍，硬件性能的提升也有助于降低收集器运行时对应用程序的影响，即提高了吞吐量。而内存的扩大，对延迟反而带来负面效果。
  • 简单来说，主要抓住两点：
    • 吞吐量
    • 暂停时间

1.4 评估GC的性能指标：吞吐量

  1. 吞吐量就是CPU用于运行用户代码的时间与CPU总消耗时间的比值，即吞吐量=运行用户代码时间 /（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%。
  2. 这种情况下，应用程序能容忍较高的暂停时间，因此，高吞吐量的应用程序有更长的时间基准，快速响应是不必考虑的(你可以单次花很长时间，但是对于整个过程而言。总的STW时间占比要低。)
  3. 吞吐量优先，意味着在单位时间内，STW的时间最短：0.2+0.2=0.4

image.png

1.5 评估GC的性能指标：暂停时间

2. 不同的垃圾回收器概述

3. Serial回收器：串行回收

4. ParNew回收器：并行回收

5. Parallel回收器：吞吐量优先

6. CMS回收器：低延迟

7. G1回收器：区域化分代式

8. 垃圾回收器总结

9. GC日志分析

10. 垃圾回收器的新发展