JVM 垃圾回收器之Garbage First

2023-12-05 19:48

本文主要是介绍JVM 垃圾回收器之Garbage First,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!

垃圾回收器

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Garbage First GC

记录JVM学习笔记,理解可能存在偏差,望指正。

G1 垃圾收集器

关键词:Region、分区算法、延时可控、停顿预测模型、并行、并发、RSet、MixedGC

G1希望实现的目标:延迟可控的情况下尽可能的提高吞吐量

概述

  • G1是一个并行、并发兼具的垃圾回收器,将内存分为很多不相干的区域(Region 物理上是不连续的)
  • G1有计划的避免在整个堆中进行GC,每次根据允许的收集时间,优先收集最大价值的Region
  • G1面对服务端应用,主要正对配备多核CPU及大容量内存的机器
  • G1 在JDK7中正式启用,JDK9后的默认垃圾回收器

内存分配策略

在G1垃圾回收器中同时用到了两种内存分配策略

  1. 指针碰撞:在一个Region中通过指针碰撞为新的对象分配内存
  2. 空闲列表:维护一个LinkedList来保存空闲的Region

保留分代收集思想

  • G1仍然保留分代思想,还是将堆内存分为新生代老年代
  • 在内存分布上不再固定,G1将内存划分为多个Region
  • Region可以动态扮演不同的角色(新生代老年代Humongous),大小超过一个Region的对象会存放在连续的HumongousRegion中,通常情况下会当作老年代处理。

在这里插入图片描述

空间整合

  • G1有碎片整理,G1的内存回收以Region为单位,Region之间是复制算法,整体上可以看作是标记压缩算法。

停顿预测统计模型

G1通过衰减均值对每个Region回收的时耗、垃圾数量和其他可测量的成本进行计算获取一系列的统计值。衰减均值可以表示最近的平均状态,通过统计值来预测现在开始垃圾回收,哪一个Region会有更好的效益。维护一个优先列表,因此命名为Garbage First回收效益第一的Region。

跨区引用的解决方案

在这里插入图片描述

卡表

卡表(CardTable),由内存卡片(Card)构成

每一个Region默认按照512kb划分为很多卡片构成一张卡表,RSet记录的是卡的位置而不是对象本身

记忆集

记忆集(Remember Set,R Set),是为了解决跨Region的对象引用,在YoungGC时,如果对象被老年代的对象引用,则不应该被清除,但由于G1收集器的堆内存是分区的,需要遍历整个堆才能得到对象的引用关系,在YGC时遍历整个堆内存是不合理的。

每一个Region都分配了一个RSet,存储了对象的引用关系(Region1Region1Card_x引用了Region2Region2Card_y),有这样的引用关系后,可达性分析就只需要获得GC Roots,不需要遍历整个堆空间

回收阶段详解

YOUNG GC 阶段
  1. 根扫描(初始化标记)
  2. 更新脏卡队列(可能代码执行过程中修改了卡的引用关系),更新Rset(同步),这样保证了得到的Rset的引用关系是最新的
  3. 处理Rset,识别被老年代引用的Eden区、S区中的对象,即告诉垃圾收集器这个对象不是垃圾
  4. 复制对象,Eden区存活的对象会被复制到S区的空闲区域,年龄自增,达到阈值的进入老年区,部分对象会之间晋升到老年区(由于是复制算法,G1实现了碎片整理)
  5. 处理引用,由于复制对象造成Region发生变化,所以要更新Rset
并发标记阶段

标记垃圾的过程是比较耗时的因为需要遍历引用关系,但这个过程是并发执行的,并不是STW,GC线程和用户线程同时工作。

  1. 并发标记:如果发现Region中都是垃圾会直接进行实时回收而不需要等待下一个阶段。
  2. 再次标记(STW):由于并发标记的过程是并发的,用户线程可能修改了引用关系,所以需要对标记进行修正。
  3. 独占清理(STW):计算每个Region的回收比例,并且进行排序,为后续阶段做准备
  4. 并发清理:识别并完全清理空闲的Region
MIXED GC 阶段
  • 这个阶段中,回收率100%的Region已经被实时清除,只剩下含有部分垃圾的Region
  • 当堆内存占用达到一定的阈值-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent后,自动进行混合回收
  • 区分MixedGC和FullGC,MixedGC只回收部分老年代
  • 老年代垃圾内存分段将分8次-XX:G1MixedGCCountTarget进行回收,回收比例高的分段优先回收
  • 当然也不一定执行8次,因为-XX:G1HeapWastePercent指定了允许的浪费空间比例

G1存在的缺陷

  • 额外的内存空间
  • 额外的执行负载

G1的适用场景

  • 首先是服务端应用、大内存、多CPU处理器
  • 应用要求GC是低延迟的,停顿时间可控的
  • 可以用来替换CMS

注意点

  • 停顿时间不是越短越好,如果停顿时间过短,可能导致每次只能处理少数Region,对象生成的速度大于垃圾处理的速度,最终将导致FullGC

常用参数

参数名称默认值作用
-XX:+UseG1GCJDK9后版本默认使用G1启动G1垃圾回收器
-XX:G1HeapRegionSize1m设置Region的大小(1m~32m 必须是2的幂次)
-XX:MaxGCPauseMillis200ms设置最大停顿时间
-XX:ParallelGCThreads8并行线程数
-XX:ConcGCThreads2并发线程数,推荐 1/4 并行线程
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent45%设置触发并发标记的对内存占用阈值
-XX:G1MixedGCCountTarget8MixedGC阶段分几次完成
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent65%设置触发MixedGC的堆内存占用阈值
-XX:G1HeapWastePercent10%设置允许的堆内存浪费

优化建议

  1. 年轻代大小
    使用G1垃圾收集器时,不要通过Xmn-XX:NewRatio设置固定的年轻代大小,而是交给G1垃圾收集器动态设置,否则将覆盖目标停顿时间。

  2. 停顿时间设置不要过小

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http://www.chinasem.cn/article/458909

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