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  JVM 分代GC

  • 分代GC

    大多数JVM将堆分为三代 - 青年一代（YG），老一代（OG）和永久一代（也称为终身一代）。这种想法背后的原因是什么？
    实证研究表明，大多数已创建的对象的寿命都很短-
    jvm gc
    如您所见，随着时间分配的对象越来越多，幸存的字节数变少了（通常）。Java对象的死亡率很高。我们将看一个简单的例子。Java中的String类是不可变的。这意味着每次您需要更改String对象的内容时，都必须完全创建一个新对象。让我们假设您在一个循环中对该字符串进行了1000次更改，如以下代码所示- 
    
String str = “G11 GC”;

for(int i = 0 ; i < 1000; i++) {
   str = str + String.valueOf(i);
}
    在每个循环中，我们创建一个新的字符串对象，并且在上一次迭代期间创建的字符串变得无用（也就是说，没有任何引用对其进行引用）。该对象的生存期只是一个迭代-它们将立即由GC收集。这种短暂的对象保留在堆的年轻代区域中。从年轻一代收集对象的过程称为次要垃圾收集，它始终导致“时间凝滞”的暂停。随着年轻一代的忙碌，GC会进行少量垃圾回收。废弃的对象将被丢弃，而有生命的对象将被转移到上一代。应用程序线程在此过程中停止。
    在这里，我们可以看到这种分代设计所提供的优势。年轻一代只是一小部分，很快就被填补了。但是处理所需的时间比处理整个堆所需的时间少得多。因此，在这种情况下，“时间凝滞”的停顿时间要短得多，尽管更频繁。我们应该始终将较短的停顿放在更长的停顿上，即使它们可能更频繁。我们将在本教程的后续部分中对此进行详细讨论。
    年轻一代分为两个空间 - 伊甸园和幸存者空间。在收集伊甸园后幸存的对象被移至幸存者空间，而在幸存者空间中幸存的对象则被移交给了老一代。年轻的一代在收集时被压缩。随着对象移交给旧的一代，它最终会填满，必须进行收集和压缩。不同的算法对此采取不同的方法。他们中的一些对象停止了应用程序线程（由于老一辈比年轻一代要大得多，这导致了较长的“时间凝滞”暂停），而其中一些则在应用程序线程保持运行的同时进行。此过程称为完整GC。CMS和G1是两个这样的收集器。
    现在让我们详细分析这些算法。

  • 串行GC

    它是客户端级计算机（单处理器计算机或32b JVM，Windows）上的默认GC。通常，GC具有大量的多线程功能，而串行GC则不是。它只有一个线程来处理堆，并且在执行次要GC或主要GC时将停止应用程序线程。我们可以通过指定标志-XX:+UseSerialGC来命令JVM使用该GC 。如果我们希望它使用其他算法，请指定算法名称。请注意，在大型GC中，旧一代已完全压缩。

  • 吞吐量GC

    该GC在64b JVM和多CPU机器上是默认的。与串行GC不同，它使用多个线程来处理年轻一代和老一代。因此，GC也称为并行收集器。我们可以使用以下标志来命令JVM使用该收集器：-XX：+ UseParallelOldGC或-XX:+UseParallelGC（JDK 8及更高版本可用）。应用程序线程在进行主要或次要垃圾回收时会停止。像串行收集器一样，它可以在大型GC中完全压缩年轻一代。吞吐量GC收集YG和OG。伊甸园装满后，收集器会将对象从其中弹出，进入OG或幸存者空间之一（下图中的SS0和SS1）。废弃的对象将被丢弃以释放它们所占据的空间。
    YG在GC之前
    jvm gc
    YG在GC之后
    jvm gc
    在完整GC期间，吞吐量收集器将清空整个YG，SS0和SS1。操作后，OG仅包含活动对象。我们应该注意，上述两个收集器在处理堆时都会停止应用程序线程。这意味着在大型GC中，“时间凝滞”会长时间停顿。接下来的两种算法旨在消除它们，但要消耗更多的硬件资源-

  • CMS收集器

    它代表“并发标记扫描”。它的功能是它使用一些后台线程来定期扫描旧版本，并清除死对象。但是在次要GC期间，应用程序线程将停止。但是，停顿很小。这使得CMS成为低中断的收集器。在运行应用程序线程时，此收集器需要额外的CPU时间来浏览堆。此外，后台线程仅收集堆，并且不执行任何压缩。它们可能导致堆变得碎片化。如此一来，在一定时间后，CMS将停止所有应用程序线程，并使用单个线程压缩堆。使用以下JVM参数告诉JVM使用CMS收集器-
    XX:+ UseConcMarkSweepGC -XX:+ UseParNewGC作为JVM参数告诉它使用CMS收集器。
    GC之前
    jvm gc
    GC之后
    jvm gc
    请注意，收集是同时进行的。

  • G1 GC

    该算法通过将堆划分为多个区域来工作。与CMS收集器一样，它在执行次要GC时会停止应用程序线程，并在保持应用程序线程运行的同时使用后台线程来处理旧版本。由于将旧一代划分为多个区域，因此在将对象从一个区域移动到另一个区域时，它会继续压缩它们。因此，碎片最少。您可以使用标志：XX:+ UseG1GC来告诉您的JVM使用此算法。与CMS一样，它也需要更多的CPU时间来处理堆并同时运行应用程序线程。该算法已设计为处理更大的堆（> 4G），这些堆被划分为多个不同的区域。这些区中有一些是年轻一代，其余则是老一代。传统上使用YG清除-停止所有应用程序线程，并且所有仍旧存在于旧分代或幸存者空间中的对象。
    请注意，所有GC算法将堆分为YG和OG，并使用STWP清除YG。这个过程通常非常快。
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