JVM GC 复习(二) - GC算法、GC过程

第一篇说完了JVM运行时的内存分区。这一篇说说GC的一些基本知识。GC是JVM层面的垃圾回收机制,它不由程序员控制。我们可以问:GC是什么时候对什么东西做了什么事?下文会从这个思路去行文。

GC触发的时机

GC分为minor GC和major GC。

当新生代的Eden分区满了,会触发minor GC。

但full GC的触发时机和minor GC有所不同:full GC不会也不能等到整个堆内存都被占满才执行,想想这时候,整个JVM已经OOM了。所以,full GC的触发是判断阈值的,生产环境的full GC算法通常都用CMS,CMS回收的触发时机取决于这三个参数:

  • CMSInitiatingOccupancyFraction:Percentage CMS generation occupancy to start a CMS collection cycle (A negative value means that CMSTirggerRatio is used). See good explanation about that parameter here.
  • CMSTriggerRatio:Percentage of MinHeapFreeRatio in CMS generation that is allocated before a CMS collection cycle commences
  • MinHeapFreeRatio:Min percentage of heap free after GC to avoid expansion

CMSInitiatingOccupancyFraction参数设置当堆内存使用占比为多少%时,将触发CMS回收(full GC)。我们的生产环境一般设置为60,也就是说当堆内存(CMSOldGen)占比超过60%时,将触发full GC。

CMSInitiatingOccupancyFraction有值(> 0)时,JVM会取CMSInitiatingOccupancyFraction的值。当该值 < 0时,JVM会根据CMSTriggerRatioMinHeapFreeRatio的值计算阈值:

GC threshold = MinHeapFreeRatio * CMSTriggerRatio

对象存活判断

JVM使用可达性分析算法(Reachability Analysis)判断对象是否能被回收,具体不赘。只列出GC Root:

  • 虚拟机栈中引用的对象。
  • 方法区中类静态属性实体引用的对象。
  • 方法区中常量引用的对象。
  • 本地方法栈中JNI引用的对象。

被GC root直接或间接引用的对象不能被回收。反之,就是应该回收的对象。

如图:

Alt

GC算法

大部分的垃圾回收器的实现,其实就是两个阶段:

  1. 找到存活的对象。
  2. 清除其余的对象 - dead objects。

其中,第一阶段需要借助标记(Marking)实现的。下面详细来看看:

Marking Reachable Objects

上一节已经说了JVM是使用可达性分析算法判断对象是否存活的。在Marking阶段,JVM会先找到预先定义好的GC Root(也就是上文列出的对象)。然后沿着GC ROOT递归的遍历所有引用的对象,这时候,所有被访问到的对象都会被标记(marked)是存活的。

当遍历完成时,所有存活的对象都被标记了。剩下的对象就是可以被回收的。

在这一步里,有这几点值得注意的:

  1. Marking阶段是stop-the-world的。否则,在标记的同时,所有对象还在不停的变换,会有很严重的bug。因为是stop-the-world的,所以JVM需要让所有线程都进入 safe-point,然后才能挂起线程。更具体的细节不做深入理解了,点到为止吧。
  2. 这阶段的耗时取决于所有 alive object数量。既不是对象数量,也不是堆的大小。所以,增加堆的容量并不能降低marking阶段的耗时。

Removing Unused Objects

标记好存活的对象后,接下来就是清除可以回收的对象。在不同的收集器里,这一阶段可分为这三种做法:

  • sweep - 清扫 这种做法相对是最简单最直观的。JVM会维护一个列表(free-list),marking阶段结束后,JVM会找到可以回收的对象的内存地址,然后记录在free-list里。也就是,free-list标记了哪些内存区域是可以被重用的。下次分配内存时会直接使用free-list上的空间。

    sweep最大的问题就是会引起内存碎片的问题。

    Alt

  • compact - 压缩(或整理) 顾名思义,compact算法会把marking阶段标记的存活的对象压缩到整个堆区域的一侧,而剩下的区域就是可以使用的空闲空间。这种做法的好处是:1. 克服了sweep算法的缺点:内存碎片。2. 为新建对象分配内存变得非常廉价 - 因为有连续的内存空间。

    compact最大的缺点是:耗时长,因为将存活对象压缩到堆的一侧,其实是需要object copy的。所以GC pause会较长。

    Alt

  • copy - 复制 复制的做法和compact相似,只是不是把存活的对象压缩到一侧,而是把alive object复制到新的内存空间。那对比compact算法,它有什么优势呢?就是copy和mark两个阶段可以同时进行。所以它比compact的GC pause会更短。

    它的缺点是:它需要更多的内存空间。见图:

    Alt

涉及到的GC参数

  • -XX:+MaxTenuringThreshold。设置一个对象在新生代存活多少次minor GC后会晋升到老年代,默认值是15。

参考

  • http://blog.csdn.net/iter_zc/article/details/41802365
  • https://www.cubrid.org/blog/understanding-java-garbage-collection
  • https://www.javaworld.com/article/2078645/java-se/jvm-performance-optimization-part-3-garbage-collection.html
  • https://www.dynatrace.com/resources/ebooks/javabook/how-garbage-collection-works/
  • https://plumbr.eu/handbook/what-is-garbage-collection
  • http://stas-blogspot.blogspot.hk/2011/07/most-complete-list-of-xx-options-for.html
  • http://xiao-feng.blogspot.com/2008/01/gc-safe-point-and-safe-region.html

Tags: ,

Updated: