1. 什么是GC性能-分代垃圾收集总览

一. 什么是JVM的性能

1. 性能优化的两个目标:

1. 吞吐量 : 总共的gc时间
2. 单次停顿时间 : 因为gc导致服务无响应的时间 (单次的gc时间)

一般情况下, "代"的大小选择就是在吞吐量和停顿次数上做均衡. 把年轻代的size设置的很大, 可以增加吞吐量; 相反把年轻代的size设置的很小, 可以降低单次gc的停顿时间

2. 什么是垃圾自动回收

垃圾回收程序一直在监视着heap(堆内存), 并且把正在使用或被引用的对象, 和不再使用或不被引用的对象区分开来.一个正在使用或被引用的对象, 说明程序中存在指向该对象的指针; 如果不存在任何指向该对象的指针, 则说明该对象已无用. 所以, 对于不再使用或不被引用的对象占用的内存, 可以被回收. 下面展示这个步骤

二. 垃圾回收的几个基本做法

Step 1: 标记

1. gc收集器在此步区分开正在使用, 和未被使用的内存片
2. 为了区分哪些对象在使用, 哪些没有在使用, 所有对象都要被scan(扫描)一次. 这种操作很消耗时间
   • 如下图, 正在被引用的对象用蓝色标出, 没有引用的对象用金色标出
     marking1.png

Step 2: Normal Deletion

该步骤将删除未被引用的对象(金色的), 使得memory allocator(内存分配器)持有指向free space的指针,下次分配对象时用这些free space空间来产生对象

Step 2a: Deletion with Compacting

为了提高表现, 也可以在deletion后, compact(压缩)剩余的内存空间. 通过将存在引用的对象聚合在一起, 这将使得新内存的分配更容易更快速

deletion2a.png

三. 为什么分代收集

3.1 早期jvm的做法

1. 早期的jvm, gc收集器必须标记并压缩内存中的所有对象. 这种操作并不高效, 原因是随着越来越多的对象被生成, gc的时间也越来越长
2. 经过经验性的总结, 发现对象多是短生命周期的, 时间越久, 对象的存活率就越低
3. 如下图, x轴表示随时间增长, 共分配了多少内存; y轴表示随时间增长, 存活的对象有多大
   earlyjvm.png

3.2 JVM的代

如上经验性分析可用于提高gc的表现力. 对象根据存活能力被分成青年带,老年代,永久带

1. 青年代(The Young Generation):

   1. 新生成的对象在此产生, 年轻代充满后, 引起 minor collection . 年轻代上的对象有很高的死亡率. 每次 minor collection 后幸存的对象都会增长一个age, 直到 age 到达一个阈值, 该对象会提升到老年代.
   2. 可以对minor collection进行优化, 其消耗的时间主要和存活对象的数量成正比(一个充满了死亡对象的年轻代收集的很快)
   3. 所有的'minor gc'都是'stop the world'事件
      因为如果gc的过程还有新对象产生在内存里, 这些新对象很快又有大部分变为"无引用"对象, 导致gc混乱. minor gc耗时多长时间, 系统就停止运行多长时间
   4. 为什么青年带要分区?(eden,s0,s1)
      新生代分区是因为青年带的收集策略一般选择"复制清除", 基于"复制"的清除算法可以避免内存中产生大量空隙, 而且因为青年带90%的对象都会死亡, 复制的开销并不会很大

2. 老年代(The Tenured Generation):

   1. 每一次minor collection, 都会有一些存活对象从年轻代晋升到年老代; 最终, 年老代也被充满, 导致需要进行major collection
   2. major collection在整个 heap 上进行对象收集. 因为 major collection 收集的对象数量远比 minor collection的多, 因此也比minor collection更费时
   3. 老年代的gc通常很慢, 所以对于'高响应' (responsiveness)的应用, 应该保证老年代的垃圾集合最小化
   4. 老年代gc的速度, 和选择的老年代gc收集器有很大关系

3. 永久代

   1. 永久代包含JVM描述类和方法的meta信息
   2. java se的类和方法存在这个代中
   3. 当JVM不在使用某个类时, 就会引发gc, 永久代的gc会触发'full gc' - 所有代进行gc

四. 年轻代collection的一般流程

现在, 已经讲明jvm为什么要分代(避免scan整个内存), 是时候讲这些空间之间如何交互了.下图这展示了object allocation和ageing process的过程

4.1 新对象的分配

新对象被分配在eden区, 2个survivor区在jvm启动时是空的

4.2 当eden区空间满时, 触发minor gc:

1. 存在引用的对象移动到第一个survivor空间(s0,其age从0变成1), 不存在引用的对象被从eden区删除 (因此minor gc后,eden区为空)
2. 如下图, 存在引用的对象蓝色标记, 不存在引用的对象黄色标记, 对象上的数字表示age
   pro1.png

4.3 下一次minor gc

同样的事情发生在eden区, 未引用的对象从eden区中删除, 但是存在引用的对象会被移动到第二个survivor空间(s1),该对象的age从0变为1; 此外, 上次minor gc移动到s0的对象, 将被移动到s1, 且其age增加1. 一旦所有对象都移动到s1, s0和eden区都会变成空的, 但是请注意, survivor区的对象的age不一样

pro2.png

4.4 再下次minor gc

同样的处理流程触发, 但survivor空间切换, 存在引用的对象会被移动到s0, s1和eden区会被清空

4.5 对象提升

如下图所示, 每次monor gc,当存活对象的age到达一个阈值后(图中的阈值为8), 幸存对象将从青年代被提升到老年代(被称为promotion)

pro3.png

4.6 随着minor gc的不断发生, 越来越多的对象被提升(promotion)到老年代

4.7 触发 major collection

随着青年代不断的执行上述整个流程, 最终触发老年代的major gc. 老年代中, 未被引用的对象将被清除, 存在引用的对象将被压缩到老年代的一端(clean up and compact)

pro4.png

六. 默认收集器

1. java -XX:+PrintCommandLineFlags -version : 查看当前gc是哪种
2. Default garbage collectors:
   • Java 7 - Parallel GC
   • Java 8 - Parallel GC
   • Java 9 - G1 GC
   • Java 10 - G1 GC
3. JVM启动参数