杂谈GC

简书 占小狼
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上周有幸给部门的小伙伴分享了一些JVM相关的知识，在整个做PPT的过程中，也是对一个领域的碎片知识的整理，本文将针对虚拟机GC相关的一些内容进行整理，本文不会涉及到G1收集器。

在Hotspot VM实现中，主要有两大类GC

1. Partial GC：并不会堆整个GC堆进行收集

• young gc：只收集 young gen 的GC
• old gc：只收集 old gen 的GC，只有CMS的 concurrent collection
• mixed GC：收集整个 young gen 以及部分 old gen 的GC，只有G1

2. Full GC：收集整个堆，包括young gen、old gen、perm gen（如果存在的话）等

其实在各种文章或书上还可以看到Minor GC、Major GC的字眼，其中minor GC和young gc对应，而Major GC通常是和Full GC是等价的，由于HotSpot VM发展了这么多年，外界对各种名词的解读已经完全混乱了，所以Major GC有时也可能是指old gc，在下定论之前一定要先问清楚。

单线程、并行、并发

在GC收集器实现中，分为了单线程、并行和并发。
单线程收集器：如 Serial GC，这个比较好理解，即垃圾收集过程中只有单一线程在进行收集工作，实现也最简单。

并行收集器：如Parallel GC，每次运行时，不管是YGC，还是FGC，会 stop-the-world，暂停所有的用户线程，并采用多个线程同时进行垃圾收集。

并发收集器：如CMS GC，在新生代进行垃圾收集时和并行收集器类似，都是并行收集（当然具体算法中，你也可以设置成采用单线程进行收集），而且都会stop-the-world，主要的区别在于老年代的收集上，CMS在老年代进行垃圾收集时，大部分时间可以和用户线程并发执行的，只有小部分的时间stop-the-world，这就是它的优势，可以大大降低应用的暂停时间，当然也是有劣势的。

算法组合

Hotspot VM实现的几种GC算法组合中，其中CMS GC使用最广，因为现在都是大内存时代。

1、Serial GC

Serial generational collector (-XX:+UseSerialGC)
是全局范围的Full GC，这种算法组合是最早出现的，当年的Java堆内存大小都还不大，使用Serial GC进行单线程收集，还感觉不出来GC耗时导致应用暂停的问题

2、Parallel GC

Parallel for young space, serial for old space generational collector (-XX:+UseParallelGC).
Parallel for young and old space generational collector (-XX:+UseParallelOldGC)
当Java堆慢慢变大时，发现已经无法忍受GC耗时带来的应用暂停了，出现了Parallel GC，采用多线程的方式进行垃圾收集，很明显可以提升垃圾收集效率。

3、CMS GC

Concurrent mark sweep with serial young space collector (-XX:+UseConcMarkSweepGC
–XX:-UseParNewGC)
Concurrent mark sweep with parallel young space collector (-XX:+UseConcMarkSweepGC)
当Java堆达到更大时，比如8G，使用Parallel GC带来的应用暂停已经很明显了，所有又出现了 CMS GC，这是目前我看到线上环境使用的比较多的GC策略，在参数中添加-XX:+UseConcMarkSweepGC，对于 young gen，会自动选用 ParNewGC，不需要额外添加 -XX:+UseParNewGC。

CMS虽然好，因为它的特殊算法，大部分的收集过程可以和用户线程并发执行，大大降低应用的暂停时间，不过也会带来负面影响，在收集完 old gen 之后，CMS并不会做整理过程，会产生空间碎片，如果这些碎片空间得不到利用，就会造成空间的浪费，整个过程中可能发生 concurrent mode failure，导致一次真正意义的 full gc，采用单线程对整个堆（young+old+perm） 使用MSC（Mark-Sweep-Compact）进行收集，这个过程意味着很慢很慢很慢，而且这个碎片问题是无法预测的.

4、G1 GC

G1 garbage collector (-XX:+UseG1GC)，本文不对G1进行介绍

触发条件

young gc

对于 young gc，触发条件似乎要简单很多，当 eden 区的内存不够时，就会触发young gc，我们看看在 eden 区给对象分配一块内存是怎样一个过程，画了一个简单的流程图，我一直觉得一个好的示意图可以让一个枯燥的过程变得更有意思。

在 eden 区分配空间内存不足时有两种情况，为对象分配内存、为TLAB分配内存，总之就是内存不够，需要进行一次 young gc 为eden区腾出空间为后续的内存申请做准备，然后由一个用户线程通知VM Thread，接下去要执行一次 young gc。

full gc

1、old gen 空间不足

当创建一个大对象、大数组时，eden 区不足以分配这么大的空间，会尝试在old gen 中分配，如果这时 old gen 空间也不足时，会触发 full gc，为了避免上述导致的 full gc，调优时应尽量让对象在 young gc 时就能够被回收，还有不要创建过大的对象和数组。

2、统计得到的 young gc 晋升到 old gen的对象平均总大小大于old gen 的剩余空间

当准备触发一次 young gc时，会判断这次 young gc 是否安全，这里所谓的安全是当前老年代的剩余空间可以容纳之前 young gc 晋升对象的平均大小，或者可以容纳 young gen 的全部对象，如果结果是不安全的，就不会执行这次 young gc，转而执行一次 full gc

3、perm gen 空间不足

如果有perm gen的话，当系统中要加载的类、反射的类和调用的方法较多，而且perm gen没有足够空间时，也会触发一次 full gc

4、ygc出现 promotion failure

promotion failure 发生在 young gc 阶段，即 cms 的 ParNewGC，当对象的gc年龄达到阈值时，或者 eden 的 to 区放不下时，会把该对象复制到 old gen，如果 old gen 空间不足时，会发生 promotion failure，并接下去触发full gc

在GC日志中，有时会看到 concurrent mode failure 关键字，这是因为什么原因导致的问题呢? 对这一块的理解，很多文章都是说因为 concurrent mode failure 导致触发full gc，其实应该反过来，是full gc 导致的 concurrent mode failure，在cms gc的算法实现中，通常说的cms是由一个后台线程定时触发的，默认每2秒检查一次old gen的内存使用率，当 old gen 的内存使用率达到-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设置的值时，会触发一次 cms gc，对 old gen 进行并发收集，而真正的 full gc 是通过 vm thread线程触发的，而且在判断当前ygc会失败的情况下触发full gc，如上一次ygc出现了promotion failure，如果执行 full gc 时，发现后台线程正在执行 cms gc，就会导致 concurrent mode failure。

对于以上这些情况，CMSInitiatingOccupancyFraction参数的设置就显得尤为重要，设置的太大的话，发生CMS时的剩余空间太小，在ygc的时候容易发生promotion failure，导致 concurrent mode failure 发生的概率就增大，如果设置太小的话，会导致 cms gc 的频率会增加，所以需要根据应用的需求对该参数进行调优。

5、执行 System.gc()、jmap -histo:live <pid>、jmap -dump ...

参考资料
Major GC和Full GC的区别是什么？触发条件呢

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