Serial GC 与 Parallel GC

前面我们学习了 JVM 中几种常用的 GC 算法，今天我们来学习一下 JVM 中实现这些算法的垃圾收集器。大多数 JVM 都需要使用两种不同的 GC 算法 —— 一种用来清理年轻代，另一种用来清理老年代。

组合

由于新生代与老年代各自可以使用不同的垃圾收集器，因此两两在搭配使用时，会有许多种不同的组合。

VM 参数	组合结果
-XX:+UseSerialGC	young Copy and old MarkSweepCompact
-XX:+UseG1GC	young G1 Young and old G1 Mixed
-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC -XX:+UseAdaptiveSizePolicy	young PS Scavenge old PS MarkSweep （自适应调整）
-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC -XX:-UseAdaptiveSizePolicy	young PS Scavenge old PS MarkSweep, （非自适应调整）
-XX:+UseParNewGC (Java8 中禁用，Java9 已移除)	young ParNew old MarkSweepCompact
-XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC	young ParNew old ConcurrentMarkSweep
-XX:-UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC (Java8 中禁用，Java9 已移除)	young Copy old ConcurrentMarkSweep

其实，我们只需要重点关注以下 4 种组合，其他的在 Java8 之后的版本中已渐渐被抛弃……

年轻代和老年代的串行 GC (Serial GC)
年轻代和老年代的并行 GC (Parallel GC)
年轻代的并行 GC (Parallel New) + 老年代的 CMS (Concurrent Mark and Sweep)
G1 负责回收年轻代和老年代

Serial / Serial Old（串行 GC）

Serial GC 对年轻代使用 mark-copy (标记复制) 算法，对老年代使用 mark-sweep-compact (标记清除整理) 算法。

Serial GC

特点

两者都是单线程的垃圾收集器，不能进行并行处理。两者都会触发 ** 全线暂停 (STW)**，停止所有的应用线程。

因此这种 GC 算法不能充分利用多核 CPU。不管有多少 CPU 内核，JVM 在垃圾收集时都只能使用单个核心。

适用场合

该选项只适合几百 MB 堆内存的 JVM，而且是单核 CPU 时比较有用。对于服务器端来说，因为一般是多个 CPU 内核，并不推荐使用，除非确实需要限制 JVM 所使用的资源。大多数服务器端应用部署在多核平台上，选择 Serial GC 就表示人为的限制系统资源的使用。导致的就是资源闲置，多的 CPU 资源也不能用来降低延迟，也不能用来增加吞吐量。

Serial 收集器对于运行在 Client 模式下的虚拟机来说是一个很好的选择。

控制参数

-XX:+UseSerialGC：在新生代和老年代使用串行回收器。
-XX:+SurvivorRatio：设置 eden 区大小和 survivor 区大小的比例。
-XX:+PretenureSizeThreshold：设置大对象直接进入老年代的阈值。当对象的大小超过这个值时，将直接在老年代分配。
-XX:MaxTenuringThreshold：设置对象进入老年代的年龄的最大值。每一次 Minor GC 后，对象年龄就加 1。任何大于这个年龄的对象，一定会进入老年代。

GC 日志分析

VM 参数

1	-client -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps ‐XX:+UseSerialGC

Minor GC

2016-06-15T16:05:03.173-0800: 196.835: [GC2016-06-15T16:05:03.173-0800: 196.836: [DefNew: 59007K->435K(59008K), 0.0103200 secs] 114651K->61875K(124544K), 0.0118620 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]

2016-06-15T16:05:03.173-0800：GC 事件开始的时间。其中 ‐0800 表示东 8 时区。

196.835：GC 事件开始时，相对于 JVM 启动时的间隔时间，单位是秒。

GC ：用来区分 Minor GC 还是 Full GC 的标志。 GC 表明这是一次 GC (Minor GC)

DefNew：垃圾收集器的名称。表示的是在年轻代中使用的：单线程，标记复制 (mark-copy)，全线暂停 (STW) 垃圾收集器。

59007K->435K：在垃圾收集之前和之后年轻代的使用量。

(59008K)：年轻代总空间大小

114651K->61875K：在垃圾收集之前和之后整个堆内存的使用情况。

(124544K)：可用堆的总空间大小。

0.0118620 secs：GC 事件持续的时间，以秒为单位。

[Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]：GC 事件的持续时间，通过三个部分来衡量:

user – 在此次垃圾回收过程中，所有 GC 线程所消耗的 CPU 时间之和。

sys – GC 过程中操作系统调用和系统等待事件所消耗的时间。

real – 应用程序暂停的时间。因为串行垃圾收集器 (Serial Garbage Collector) 只使用单线程，因此 real time 等于 user 和 system 时间的总和。

从上面的日志我们可以了解到：

GC 之前，堆内存使用总量为 114651K，年轻代使用总量为 59007K，那么老年代使用量为：55644K。
GC 之后，堆内存减少了 52776K，年轻代减少了 58572K，那么表示有 5796K 的对象提升到了老年代。

Full GC

2016-06-15T16:10:31.467-0800: 525.130: [Full GC2016-06-15T16:10:31.467-0800: 525.130: [Tenured: 65536K->65535K(65536K), 0.2080570 secs] 124544K->111862K(124544K), [Perm : 31291K->31291K(131072K)], 0.2081880 secs] [Times: user=0.20 sys=0.00, real=0.21 secs]

Full GC：表示这一次是对整个堆空间进行清理。

[Tenured: 65536K->65535K(65536K), 0.2080570 secs]：老年代 GC 前为使用量为 65536K，GC 后使用量为 65535K，总空间为 65536K，使用 0.2080570 秒；

124544K->111862K(124544K)：GC 前后整个堆内存使用量从 124544K 减少为 111862K，总空间为 124544K

[Perm : 31291K->31291K(131072K)], 0.2081880 secs]：持久区 GC 前后使用内存空间都为 31291K，没有变化。

Parallel Scavenge / Parallel Old GC（并行 GC）

Parallel GC 对年轻代使用 mark-copy (标记复制) 算法，对老年代使用 mark-sweep-compact (标记清除整理) 算法。

Parallel GC

特点

两者都是多线程的垃圾收集器，两者都会触发 ** 全线暂停 (STW)**，停止所有的应用线程。由于是多线程，所以相比于 Serial GC，垃圾收集时间将大大减少。

Parallel Scavenge 收集器的目标则是达到一个可控制的吞吐量（Throughput）。

所谓吞吐量就是 CPU 用于运行用户代码的时间与 CPU 总消耗时间的比值，即吞吐量 = 运行用户代码时间 /（运行用户代码时间 + 垃圾收集时间），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%。

适用场合

并行垃圾收集器适用于多核服务器，主要目标是增加吞吐量。因为对系统资源的有效使用，能达到更高的吞吐量:

在 GC 期间，所有 CPU 内核都在并行清理垃圾，所以暂停时间更短
在两次 GC 周期的间隔期，没有 GC 线程在运行，不会消耗任何系统资源

另一方面，因为此 GC 的所有阶段都不能中断，所以并行 GC 很容易出现长时间的卡顿。如果延迟是系统的主要目标，那么就应该选择其他垃圾收集器组合。

长时间卡顿的意思是，此 GC 启动之后，属于一次性完成所有操作，于是单次 pause 的时间会较长。

控制参数

‐XX:ParallelGCThreads：指定 GC 线程数，默认值为 CPU 内核数。
-XX:MaxGCPauseMillis：最大垃圾收集停顿时间。不能设置过小，否则会降低系统吞吐量。
-XX:GCTimeRatio：设置吞吐量大小。是一个大于 0 且小于 100 的整数。假如设置为 99，则垃圾收集时间的比率为：1 / (1 + 99)。
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy：这是一个开关参数，当这个参数打开之后，就不需要手工指定新生代的大小 (-Xmn)、Eden 与 Survivor 区的比例 (-XX:SurvivorRati)、晋升老年代对象年龄 (-XX:PretenureSizeThreshold) 等细节参数了，虚拟机会根据当前系统的运行情况收集性能监控信息，动态调整这些参数以提供最合适的停顿时间或者最大的吞吐量，这种调节方式称为 GC 自适应的调节策略（ GC Ergonomics ）。

GC 日志分析

VM 参数

1	-server -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC

其中 -XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC 与使用 -XX:+UseParallelGC 或 -XX:+UseParallelOldGC 等价。

Minor GC

1	2016-06-15T21:41:01.947-0800: 11.726: [GC [PSYoungGen: 51636K->8281K(54784K)] 112923K->72238K(120320K), 0.0062430 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs]

GC：小型 GC。

PSYoungGen：收集器名称，表示年轻代使用的是 Parallel Scavenge 收集器。

51636K->8281K(54784K)：年轻代从 51636K 减少到了 8281K，年轻代空间总量为：54784K。

112923K-> 72238K(120320K)：整个堆空间从 112923K 减少到了 72238K，堆空间总量为：120320K。

年轻代减少了 43355K，堆空间减少了 40685K，表明有 2670K 的对象从年轻代提升到了老年代。

Full GC

2016-06-15T21:41:01.953-0800: 11.732: [Full GC [PSYoungGen: 8281K->0K(54784K)] [ParOldGen: 63956K->59231K(65536K)] 72238K->59231K(120320K) [PSPermGen: 14462K->14462K(131072K)], 0.1389900 secs] [Times: user=0.44 sys=0.01, real=0.14 secs]

Full GC，表明这次清理了年轻代和老年代。

PSYoungGen: 8281K->0K(54784K)：年轻代垃圾收集器为 Parallel Scavenge，使用量从 8281K 变为了 0K。年轻代空间总量为 54784K。

ParOldGen: 63956K->59231K(65536K)：老年代收集器为 Parallel Old，使用量从 63956K 变为了 59231K。老年代空间总量为：65536K。

72238K->59231K(120320K)：整个堆空间从 72238K 变为了 59231K。堆空间总量为：120320K。

PSPermGen: 14462K->14462K(131072K)：持久去前后都为 14462K，没有变化。持久去空间总量为：131072K。

ParNew 收集器

ParNew 收集器本质上就是 Serial 收集器的多线程版本，其余行为包括控制参数（例如：-XX：SurvivorRatio、-XX：PretenureSizeThreshold、-XX：HandlePromotionFailure 等）、收集算法、Stop The World、对象分配规则、回收策略等都与 Serial 收集器完全一样。

ParNew

控制参数

‐XX:ParallelGCThreads：指定 GC 线程数，默认值为 CPU 内核数。

GC 日志分析

VM 参数

1	-server -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+UseParNewGC

Minor GC

2016-06-16T10:52:24.846-0800: 1.690: [GC2018-08-21T10:52:24.846-0800: 1.690: [ParNew: 52480K->6527K(59008K), 0.0143120 secs] 52480K->6683K(124544K), 0.0144440 secs] [Times: user=0.03 sys=0.00, real=0.02 secs]

ParNew：表明年轻代使用的是 ParNew 收集器

其他数据分析，与前面的日志分析一样

Full GC

2016-06-16T10:52:34.709-0800: 11.552: [Full GC2018-08-21T10:52:34.709-0800: 11.552: [Tenured: 65533K->65535K(65536K), 0.1024680 secs] 124534K->70147K(124544K), [Perm : 14425K->14425K(21248K)], 0.1025780 secs] [Times: user=0.10 sys=0.00, real=0.11 secs]

数据分析与前面的一样

注意

该种 -XX:+UseParNewGC 配置，在 Java8 中已不推荐使用，Java9 中已经完全删除了。在此后的版本中，只能与 CMS 收集器搭配使用。

总结

本篇文章我们讲了 Serial、Parallel、ParNew 的使用与配置，下篇文章我们将重点介绍 CMS 与 G1 收集器的使用。

Serial GC 与 Parallel GC

分类

组合

Serial / Serial Old（串行 GC）

特点

适用场合

控制参数

GC 日志分析

VM 参数

Minor GC

Full GC

Parallel Scavenge / Parallel Old GC（并行 GC）

特点

适用场合

控制参数

GC 日志分析

VM 参数

Minor GC

Full GC

ParNew 收集器

控制参数

GC 日志分析

VM 参数

Minor GC

Full GC

注意

总结

参考资料