JVM 垃圾收集器发展历史
> JDK1.8中使用jmap -heap pid上面会出现Parallel GC
jmap -heap 18378
Attaching to process ID 18378, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 25.261-b12
using thread-local object allocation.
Parallel GC with 4 thread(s) ###
> JVM垃圾收集器的发展历史中,我们并没有找到Parallel GC,那么它到底代表什么?
Parallel GC有两种组合
- 使用
-XX:+UseParallelGC参数来启用Parallel Scavenge和PSMarkSweep(Serial Old)收集器组合进行垃圾收集。(图上可以找到) - 使用
-XX:+UserParallelOldGC参数来启用Parallel scavenge和Parallel Old收集器组合收集。(图上可以找到)
Parallel GC起源
Young GC / Parallel Scavenge
> Parallel Scavenge收集器（下称PS收集器）也是一个多线程收集器，也是使用复制算法，但它的对象分配规则与回收策略都与ParNew收集器有所不同，它是以吞吐量最大化（即GC时间占总运行时间最小）为目标的收集器实现，它允许较长时间的STW换取总吞吐量最大化。
Full GC / PSMarkSweep(Serial Old)
> 在Parallel Scavenge收集器架构中本身有PS MarkSweep收集器来进行老年代收集，但由于PS MarkSweep与Serial Old实现非常接近，因此官方的许多资料都直接以Serial Old代替PS MarkSweep进行讲解。
> 使用-XX:+UseParallelGC参数便是开启PSScavenge和PSMarkSweep的组合，即是只有Young GC是并行的，Full GC仍然是串行,使用标记-整理算法。
Full GC / PSCompact(ParallelOld GC)
> 后来开发者开发了基于LISP2算法的并行版的Full GC收集器来收集整个GC堆，名为PSCompact。使用-XX:+UseParallelOldGC参数来便是开启PSScavenge和PSCompact的组合，将Young GC和Full GC都并行化了。
收集器
Parallel Scavenge
> 新生代并行回收器，内存分布使用的复制算法。Parallel Scavenge主要关注的是应用的吞吐量，而其他收集器关注的主要是尽可能的缩短STW（stop the word）的时间。
吞度量=t1/(t1+t2)
t1运行用户代码的总时间
t2运行垃圾收集的总时间
比如，虚拟机总共运行了100分钟，其中垃圾收集花掉1分钟，那吞吐量就是99%。
> Parallel Scavenge收集器提供了两个参数来用于精确控制吞吐量，一是控制最大垃圾收集停顿时间的-XX:MaxGCPauseMillis参数，二是控制吞吐量大小的-XX:GCTimeRatio参数
- -XX:MaxGCPauseMillis
> 参数的值是一个大于0的毫秒数，收集器将尽可能的保证回收耗费的时间不超过设定的值，但是，并不是越小越好，GC停顿时间缩短是以牺牲吞吐量和新生代空间来换取的，如果设置的值太小，将会导致频繁GC，这样虽然GC停顿时间下来了，但是吞吐量也下来了。比如收集500MB时候，需要每10秒收集一次，每次回收耗时100ms；如果收集300MB的时候，需要每5秒收集一次，每次回收耗时70ms，虽然每次回收耗时更少，但是工作频次提高，导致吞吐量反而降低了。
- -XX:GCTimeRatio
> 参数的值是一个大于0且小于100的整数，也就是垃圾收集时间占总时间的比率，默认值是99，就是允许最大1%（即1/(1+99)）的垃圾收集时间。
> Parallel Scavenge有个重要的特性，是支持GC自适应的调节策略，使用-XX：UseAdaptiveSizePolicy参数开启，开启之后，虚拟机会根据当前系统运行情况收集监控信息，动态调整新生代的比例、老年大大小等细节参数，以提供最合适的停顿时间或最大的吞吐量。开启这个参数之后，就不需要再设置新生代大小，Eden与S0/S1的比例等等参数。
Parallel Old
> Parallel Old GC在Parallel Scavenge和Parallel Old收集器组合中，负责Full GC，是一个并行收集器，其在整理年轻代的时候，使用与Parallel Scavenge GC一样的常规“复制”算法，但是在整理老年代的时候，是使用的基于“标记-整理”算法优化的“Mark–Summary-Compaction”算法。
> 算法包含三个部分
- Mark
> 首先将老年代的内存，划分为大小固定的多个连续Region，当标记完存活对象之后，统计每个Region的存活对象数量。Mark阶段采用串行标记所有从GC Roots可直达的对象，然后并行标记所有存活的对象。
- Summary
> 某个Region的密度 = 存活对象的内存大小 / Region内存大小。因为每次整理会将存活的对象向Old区的左侧移动，而对象存活越久，理论上就越不容易被回收，所以经过多次整理之后，左侧Region中的对象更偏向于稳定、“长寿”，即是左侧Region的密度更大。Summary阶段，算法采用以空间换时间的优化方式，针对一个密度很大的Region，比如95%的空间是存活对象，只有断断续续5%的空间是未使用的，那么算法认为这个Region不值得被整理，即是选择浪费掉这5%的空间，以节省整理操作的时间开销。在Sumamry阶段，首先从左至右计算各个Region的密度，直到找到一个point，这个point左侧的Region都不值得整理，右侧的Region需要整理。point左侧的Region被称为dense prefix，这个区域内的对象都不会被移动。Summary阶段是一个串行执行的阶段。
- Compaction
> Compaction阶段利用Summary阶段的统计数据，针对需要整理的部分，采用“整理”算法进行并行操作。
GC策略
- -XX:+ScavengeBeforeFullGC
> ScavengeBeforeFullGC是Parallel GC套装中（两种组合都生效）的一个参数，默认是开启的，作用是在一次Full GC之前，先触发一次Young GC来清理年轻代，以降低Full GC的STW耗时（Young GC会清理Young GC中非存活的对象，减少Full GC中，标记存活对象的工作量）。
> 举个例子，使用System.gc()触发Full GC，可以看到日志如下：
2020-03-01T13:38:30.496-0800: [GC (System.gc()) [PSYoungGen: 37274K->1392K(46080K)] 78234K->42360K(97280K), 0.0033397 secs] [Times: user=0.02 sys=0.01, real=0.01 secs]
2020-03-01T13:38:30.500-0800: [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 1392K->0K(46080K)] [ParOldGen: 40968K->1225K(51200K)] 42360K->1225K(97280K), [Metaspace: 4876K->4876K(1056768K)], 0.0113851 secs] [Times: user=0.06 sys=0.00, real=0.01 secs]
> 第一次GC为一次Young GC，可以看到是由System.gc()触发的，然后紧跟着是一次Full GC。
> 添加-XX:-ScavengeBeforeFullGC参数之后，日志就变为只有一条Full GC的日志：
2020-03-01T14:26:05.562-0800: [Full GC (System.gc()) [PSYoungGen: 37274K->0K(46080K)] [ParOldGen: 40960K->1225K(51200K)] 78234K->1225K(97280K), [Metaspace: 4882K->4882K(1056768K)], 0.0127785 secs] [Times: user=0.05 sys=0.01, real=0.01 secs]
内存分配策略
> 对于常规收集器来说，当Eden区无法分配内存时，便会触发一次Young GC，但是对于Parallel GC有点变化：
- 当整个新生代剩余的空间无法存放某个对象时，Parallel GC中该对象会直接进入老年代；
- 而如果整个新生代剩余的空间可以存放但只是Eden区空间不足，则会尝试一次Minor GC。
举个例子:
public class TestApp {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
allocM(10);
allocM(10);
allocM(10);
allocM(20);
Thread.sleep(1000);
}
private static byte[] allocM(int n) throws InterruptedException {
byte[] ret = new byte[1024 * 1024 * n];
System.out.println(String.format("%s: Alloc %dMB", LocalDateTime.now().toString(), n));
Thread.sleep(500);
return ret;
}
}
> JVM参数为：-Xms100m -Xmx100m -Xmn50m -XX:SurvivorRatio=8 -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC -XX:+UseParallelOldGC，运行起来，打印日志如下：
2020-03-01T16:36:13.027: Alloc 10MB
2020-03-01T16:36:13.548: Alloc 10MB
2020-03-01T16:36:14.061: Alloc 10MB
2020-03-01T16:36:14.577: Alloc 20MB
Heap
PSYoungGen total 46080K, used 38094K [0x00000007bce00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
eden space 40960K, 93% used [0x00000007bce00000,0x00000007bf333878,0x00000007bf600000)
from space 5120K, 0% used [0x00000007bfb00000,0x00000007bfb00000,0x00000007c0000000)
to space 5120K, 0% used [0x00000007bf600000,0x00000007bf600000,0x00000007bfb00000)
ParOldGen total 51200K, used 20480K [0x00000007b9c00000, 0x00000007bce00000, 0x00000007bce00000)
object space 51200K, 40% used [0x00000007b9c00000,0x00000007bb000010,0x00000007bce00000)
Metaspace used 4879K, capacity 5012K, committed 5248K, reserved 1056768K
class space used 527K, capacity 564K, committed 640K, reserved 1048576K
> 可以看到第4行，分配20M内存时，Eden区已经不足20M空余内存了,整个年轻代加起来都不够20M了，但是并没有触发Young GC，而是继续执行，知道程序结束前，打印堆的情况，我们可以看到20M内存是分配到了老年代中。
> 修改代码，将最后一个allocM(20);改成allocM(5);，重新执行，得到日志如下：
2020-03-01T16:39:56.375: Alloc 10MB
2020-03-01T16:39:56.896: Alloc 10MB
2020-03-01T16:39:57.408: Alloc 10MB
{Heap before GC invocations=1 (full 0):
PSYoungGen total 46080K, used 37274K [0x00000007bce00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
eden space 40960K, 91% used [0x00000007bce00000,0x00000007bf266a08,0x00000007bf600000)
from space 5120K, 0% used [0x00000007bfb00000,0x00000007bfb00000,0x00000007c0000000)
to space 5120K, 0% used [0x00000007bf600000,0x00000007bf600000,0x00000007bfb00000)
ParOldGen total 51200K, used 0K [0x00000007b9c00000, 0x00000007bce00000, 0x00000007bce00000)
object space 51200K, 0% used [0x00000007b9c00000,0x00000007b9c00000,0x00000007bce00000)
Metaspace used 4882K, capacity 5012K, committed 5248K, reserved 1056768K
class space used 526K, capacity 564K, committed 640K, reserved 1048576K
2020-03-01T16:39:57.910-0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 37274K->1328K(46080K)] 37274K->1336K(97280K), 0.0033380 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap after GC invocations=1 (full 0):
PSYoungGen total 46080K, used 1328K [0x00000007bce00000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
eden space 40960K, 0% used [0x00000007bce00000,0x00000007bce00000,0x00000007bf600000)
from space 5120K, 25% used [0x00000007bf600000,0x00000007bf74c010,0x00000007bfb00000)
to space 5120K, 0% used [0x00000007bfb00000,0x00000007bfb00000,0x00000007c0000000)
ParOldGen total 51200K, used 8K [0x00000007b9c00000, 0x00000007bce00000, 0x00000007bce00000)
object space 51200K, 0% used [0x00000007b9c00000,0x00000007b9c02000,0x00000007bce00000)
Metaspace used 4882K, capacity 5012K, committed 5248K, reserved 1056768K
class space used 526K, capacity 564K, committed 640K, reserved 1048576K
}
2020-03-01T16:39:57.916: Alloc 5MB
> 在执行第4行，分配5M内存时，Eden区不足，但是整个年轻代空余内存是大于5M的，于是触发了一次Young GC。
悲观策略
> 绝大多数收集器，都有这么一个策略：在执行Young GC之前，如果估计之前晋升老年代的平均大小，比当前老年代的剩余空间要大的话，则会放弃Young GC，转而触发Full GC。
> Parallel GC除了上述策略外，还有另外一个策略：在执行Young GC之后，如果晋升老年代的平均大小，比当前老年代的剩余空间要大的话，则会触发一次Full GC。
public class TestApp {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
byte[][] use = new byte[7][];
use[0] = allocM(10);
use[1] = allocM(10);
use[2] = allocM(10);
use[3] = allocM(10);
use[4] = allocM(10);
use[5] = allocM(10);
use[6] = allocM(10);
Thread.sleep(1000);
}
private static byte[] allocM(int n) throws InterruptedException {
byte[] ret = new byte[1024 * 1024 * n];
System.out.println(String.format("%s: Alloc %dMB", LocalDateTime.now().toString(), n));
Thread.sleep(500);
return ret;
}
}
> JVM参数为：-Xms100m -Xmx100m -Xmn50m -XX:SurvivorRatio=8 -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintHeapAtGC -XX:+UseParallelOldGC，运行起来，打印日志如下（省略掉部分）：
2020-03-01T16:02:43.172: Alloc 10MB
2020-03-01T16:02:43.693: Alloc 10MB
2020-03-01T16:02:44.206: Alloc 10MB
{Heap before GC invocations=1 (full 0):
PSYoungGen total 46080K, used 37274K [*, *, *)
eden space 40960K, 91% used [*,*,*)
from space 5120K, 0% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 51200K, used 0K [*, *, *)
object space 51200K, 0% used [*,*,*)
2020-03-01T16:02:44.711-0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 37274K->1392K(46080K)] 37274K->32120K(97280K), 0.0163176 secs] [Times: user=0.09 sys=0.03, real=0.01 secs]
Heap after GC invocations=1 (full 0):
PSYoungGen total 46080K, used 1392K [*, *, *)
eden space 40960K, 0% used [*,*,*)
from space 5120K, 27% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 51200K, used 30728K [*, *, *)
object space 51200K, 60% used [*,*,*)
}
{Heap before GC invocations=2 (full 1):
PSYoungGen total 46080K, used 1392K [*, *, *)
eden space 40960K, 0% used [*,*,*)
from space 5120K, 27% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 51200K, used 30728K [*, *, *)
object space 51200K, 60% used [*,*,*)
2020-03-01T16:02:44.728-0800: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 1392K->0K(46080K)] [ParOldGen: 30728K->31945K(51200K)] 32120K->31945K(97280K), [Metaspace: 4881K->4881K(1056768K)], 0.0096352 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.01 secs]
Heap after GC invocations=2 (full 1):
PSYoungGen total 46080K, used 0K [*, *, *)
eden space 40960K, 0% used [*,*,*)
from space 5120K, 0% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 51200K, used 31945K [*, *, *)
object space 51200K, 62% used [*,*,*)
}
2020-03-01T16:02:44.739: Alloc 10MB
> 执行完第一次Young GC之后，由于年轻代的S区容量不足，所以Eden区中的30M内存会提前晋升到老年代。GC之后，老年代空间被占用了60%，还剩下40%（20M），而平均晋升内存大小为30M，所以触发悲观策略，导致了一次Full GC。
> 我们将JVM中的-Xms100m -Xmx100m换成-Xms120m -Xmx120m，重新执行日志如下：
2020-03-01T16:08:39.372: Alloc 10MB
2020-03-01T16:08:39.895: Alloc 10MB
2020-03-01T16:08:40.405: Alloc 10MB
{Heap before GC invocations=1 (full 0):
PSYoungGen total 46080K, used 37274K [*, *, *)
eden space 40960K, 91% used [*,*,*)
from space 5120K, 0% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 71680K, used 0K [*, *, *)
object space 71680K, 0% used [*,*,*)
2020-03-01T16:08:40.906-0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 37274K->1360K(46080K)] 37274K->32088K(117760K), 0.0152322 secs] [Times: user=0.07 sys=0.03, real=0.02 secs]
Heap after GC invocations=1 (full 0):
PSYoungGen total 46080K, used 1360K [*, *, *)
eden space 40960K, 0% used [*,*,*)
from space 5120K, 26% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 71680K, used 30728K [*, *, *)
object space 71680K, 42% used [*,*,*)
}
2020-03-01T16:08:40.923: Alloc 10MB
2020-03-01T16:08:41.429: Alloc 10MB
2020-03-01T16:08:41.934: Alloc 10MB
{Heap before GC invocations=2 (full 0):
PSYoungGen total 46080K, used 32854K [*, *, *)
eden space 40960K, 76% used [*,*,*)
from space 5120K, 26% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 71680K, used 30728K [*, *, *)
object space 71680K, 42% used [*,*,*)
2020-03-01T16:08:42.438-0800: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 32854K->1392K(46080K)] 63582K->62840K(117760K), 0.0151558 secs] [Times: user=0.07 sys=0.03, real=0.02 secs]
Heap after GC invocations=2 (full 0):
PSYoungGen total 46080K, used 1392K [*, *, *)
eden space 40960K, 0% used [*,*,*)
from space 5120K, 27% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 71680K, used 61448K [*, *, *)
object space 71680K, 85% used [*,*,*)
}
{Heap before GC invocations=3 (full 1):
PSYoungGen total 46080K, used 1392K [*, *, *)
eden space 40960K, 0% used [*,*,*)
from space 5120K, 27% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 71680K, used 61448K [*, *, *)
object space 71680K, 85% used [*,*,*)
Metaspace used 4883K, capacity 5012K, committed 5248K, reserved 1056768K
class space used 526K, capacity 564K, committed 640K, reserved 1048576K
2020-03-01T16:08:42.454-0800: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 1392K->0K(46080K)] [ParOldGen: 61448K->62634K(71680K)] 62840K->62634K(117760K), [Metaspace: 4883K->4883K(1056768K)], 0.0139615 secs] [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.01 secs]
Heap after GC invocations=3 (full 1):
PSYoungGen total 46080K, used 0K [*, *, *)
eden space 40960K, 0% used [*,*,*)
from space 5120K, 0% used [*,*,*)
to space 5120K, 0% used [*,*,*)
ParOldGen total 71680K, used 62634K [*, *, *)
object space 71680K, 87% used [*,*,*)
}
2020-03-01T16:08:42.469: Alloc 10MB
> 可以看到，第一次Young GC之后，由于老年代剩余空间足够大，并没有触发Full GC，而随着内存继续分配，第二次Young GC之后，还是触发了悲观策略。
JVM默认老年代回收是 PSMarkSweep(Serial-Old) 还是Parallel Old？
> 这个改进使得HotSpot VM在选择使用ParallelGC（-XX:+UseParallelGC 或者是ergonomics自动选择）的时候，会默认开启 -XX:+UseParallelOldGC 。这个变更应该是在JDK7u4开始的JDK7u系列与JDK8系列开始生效。
http://hg.openjdk.java.net/jdk8u/jdk8u/hotspot/rev/24cae3e4cbaa
--- a/src/share/vm/runtime/arguments.cpp Mon Jan 30 15:21:57 2012 +0100
+++ b/src/share/vm/runtime/arguments.cpp Thu Feb 02 16:05:17 2012 -0800
@@ -1400,10 +1400,11 @@
void Arguments::set_parallel_gc_flags() {
assert(UseParallelGC || UseParallelOldGC, "Error");
- // If parallel old was requested, automatically enable parallel scavenge.
- if (UseParallelOldGC && !UseParallelGC && FLAG_IS_DEFAULT(UseParallelGC)) {
- FLAG_SET_DEFAULT(UseParallelGC, true);
+ // Enable ParallelOld unless it was explicitly disabled (cmd line or rc file).
+ if (FLAG_IS_DEFAULT(UseParallelOldGC)) {
+ FLAG_SET_DEFAULT(UseParallelOldGC, true);
}
+ FLAG_SET_DEFAULT(UseParallelGC, true);
// If no heap maximum was requested explicitly, use some reasonable fraction
// of the physical memory, up to a maximum of 1GB.
> 在这个改变之前，即便选择了ParallelGC，默认情况下ParallelOldGC并不会随即开启，而是要自己通过 -XX:+UseParallelOldGC 去选定。
> 在GC日志里，如果看到Full GC里有"ParOldGen"就是选择了ParallelOldGC。 [Full GC [PSYoungGen: 480K->0K(3584K)] [ParOldGen: 4660K->4909K(12288K)] 5141K->4909K(15872K) [PSPermGen: 11202K->11198K(22528K)], 0.0515530 secs] [Times: user=0.08 sys=0.00, real=0.05 secs]
来源：oschina
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