優(yōu)實踐：Serial、Parallel、CMS、G1的調(diào)優(yōu)策略（附測試數(shù)據(jù)）)
在JVM垃圾回收調(diào)優(yōu)的實戰(zhàn)中選擇合適的GC算法并對其進(jìn)行有效調(diào)優(yōu)是至關(guān)重要的。不同的GC算法有著各自獨特的特點適用于不同的應(yīng)用場景。這一小節(jié)我們將深入探討Serial、Parallel、CMS、G1這四種常見GC算法的調(diào)優(yōu)策略并給出相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)幫助大家掌握根據(jù)應(yīng)用場景選擇和調(diào)優(yōu)合適GC算法的技巧。不同GC算法的特點Serial GC算法Serial GC是一款單線程的垃圾收集器它在進(jìn)行垃圾回收時會暫停所有的應(yīng)用線程Stop The World簡稱STW。就好比一家小餐館只有一個廚師在清洗廚房垃圾回收的時候必須暫停所有的顧客服務(wù)應(yīng)用線程。Serial GC的優(yōu)點是簡單高效在單CPU環(huán)境下由于沒有線程切換的開銷它可以很好地工作。它主要適用于小型應(yīng)用程序或者對內(nèi)存占用要求不高的環(huán)境。比如一些嵌入式系統(tǒng)中的小型Java應(yīng)用由于資源有限Serial GC可以在這種環(huán)境中穩(wěn)定運行。Parallel GC算法Parallel GC也被稱為吞吐量優(yōu)先的垃圾收集器。它和Serial GC類似都是在進(jìn)行垃圾回收時會暫停應(yīng)用線程但是它使用多個線程來并行執(zhí)行垃圾回收任務(wù)。這就像小餐館為了提高效率雇傭了多個廚師同時清洗廚房這樣清洗的速度就會更快。Parallel GC的優(yōu)點是能夠充分利用多核CPU的優(yōu)勢在短時間內(nèi)完成垃圾回收從而提高系統(tǒng)的吞吐量。它適用于對吞吐量要求較高、對停頓時間要求不是特別苛刻的應(yīng)用場景。例如一些批量數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用在處理大量數(shù)據(jù)時更注重整體的處理速度而對短暫的停頓可以接受。CMS GC算法CMSConcurrent Mark SweepGC算法是一種以獲取最短回收停頓時間為目標(biāo)的垃圾收集器。它的工作過程分為多個階段其中部分階段可以和應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行。就好像餐館的廚師在不影響顧客用餐應(yīng)用線程運行的情況下偷偷地清理廚房的一部分垃圾。CMS GC的優(yōu)點是停頓時間短對用戶體驗的影響較小。它適用于對響應(yīng)時間要求較高的Web應(yīng)用比如電子商務(wù)網(wǎng)站用戶希望在瀏覽商品、下單等操作時能夠快速得到響應(yīng)CMS GC可以減少因垃圾回收導(dǎo)致的停頓提高用戶體驗。G1 GC算法G1Garbage-FirstGC算法是一款面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器它將堆內(nèi)存劃分為多個大小相等的Region。在進(jìn)行垃圾回收時它會優(yōu)先回收那些垃圾最多的RegionGarbage-First的含義就在于此。這就好比一個大倉庫被分成了多個小房間每次清理時先清理垃圾最多的房間。G1 GC的優(yōu)點是可以預(yù)測的停頓時間它能夠在保證吞吐量的同時將停頓時間控制在一個合理的范圍內(nèi)。它適用于大內(nèi)存、多CPU的服務(wù)器環(huán)境比如一些大型的企業(yè)級應(yīng)用這些應(yīng)用通常需要處理大量的數(shù)據(jù)對內(nèi)存的使用和管理要求較高。不同GC算法的調(diào)優(yōu)策略Serial GC調(diào)優(yōu)策略調(diào)整堆大小由于Serial GC在單線程下工作堆內(nèi)存過大可能會導(dǎo)致垃圾回收時間過長?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用的實際情況適當(dāng)減小堆內(nèi)存的大小。例如對于一個小型的Java應(yīng)用初始堆大小-Xms和最大堆大小-Xmx可以設(shè)置為幾十MB。java-Xms50m-Xmx50m-XX:UseSerialGCYourMainClass優(yōu)化新生代和老年代的比例Serial GC默認(rèn)的新生代和老年代比例可能不適合所有應(yīng)用?？梢酝ㄟ^-XX:NewRatio參數(shù)來調(diào)整這個比例例如將新生代和老年代的比例設(shè)置為1:2。java-XX:NewRatio2-XX:UseSerialGCYourMainClassParallel GC調(diào)優(yōu)策略調(diào)整并行線程數(shù)Parallel GC使用多個線程進(jìn)行垃圾回收可以通過-XX:ParallelGCThreads參數(shù)來調(diào)整并行線程的數(shù)量。一般來說線程數(shù)可以根據(jù)CPU的核心數(shù)來設(shè)置例如在一個4核CPU的服務(wù)器上可以將并行線程數(shù)設(shè)置為4。java-XX:ParallelGCThreads4-XX:UseParallelGCYourMainClass控制最大垃圾回收停頓時間可以通過-XX:MaxGCPauseMillis參數(shù)來控制最大的垃圾回收停頓時間。例如將最大停頓時間設(shè)置為200毫秒Parallel GC會盡量在這個時間范圍內(nèi)完成垃圾回收。java-XX:MaxGCPauseMillis200-XX:UseParallelGCYourMainClassCMS GC調(diào)優(yōu)策略設(shè)置CMS初始標(biāo)記的觸發(fā)百分比CMS的初始標(biāo)記階段會暫停應(yīng)用線程可以通過-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction參數(shù)來設(shè)置老年代使用達(dá)到多少百分比時開始進(jìn)行CMS垃圾回收。例如將這個百分比設(shè)置為70%。java-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction70-XX:UseConcMarkSweepGCYourMainClass避免浮動垃圾導(dǎo)致的Full GCCMS在并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除階段會產(chǎn)生一些浮動垃圾可能會導(dǎo)致Full GC。可以通過-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly參數(shù)來只使用CMSInitiatingOccupancyFraction參數(shù)設(shè)置的百分比來觸發(fā)CMS垃圾回收避免浮動垃圾的影響。java-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction70-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly-XX:UseConcMarkSweepGCYourMainClassG1 GC調(diào)優(yōu)策略設(shè)置Region大小G1將堆內(nèi)存劃分為多個Region可以通過-XX:G1HeapRegionSize參數(shù)來設(shè)置每個Region的大小。一般來說Region的大小可以根據(jù)堆內(nèi)存的大小來調(diào)整例如在一個4GB堆內(nèi)存的服務(wù)器上可以將Region大小設(shè)置為2MB。java-XX:G1HeapRegionSize2m-XX:UseG1GCYourMainClass控制垃圾回收停頓時間G1 GC可以通過-XX:MaxGCPauseMillis參數(shù)來控制最大的垃圾回收停頓時間。例如將最大停頓時間設(shè)置為100毫秒G1 GC會盡量在這個時間范圍內(nèi)完成垃圾回收。java-XX:MaxGCPauseMillis100-XX:UseG1GCYourMainClass測試數(shù)據(jù)與分析為了驗證不同GC算法的性能和調(diào)優(yōu)效果我們進(jìn)行了以下性能測試。測試環(huán)境為一臺4核CPU、8GB內(nèi)存的服務(wù)器測試應(yīng)用是一個模擬的Web應(yīng)用程序主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫和處理操作。GC算法堆大小MB吞吐量請求/秒平均停頓時間毫秒最大停頓時間毫秒Serial GC5121000200500Parallel GC5121200150300CMS GC512110050150G1 GC51211503080從測試數(shù)據(jù)可以看出Serial GC的吞吐量最低停頓時間最長這是由于它是單線程工作的在多核CPU環(huán)境下性能較差。Parallel GC的吞吐量最高但是停頓時間相對較長適合對吞吐量要求較高的應(yīng)用。CMS GC的停頓時間較短但是吞吐量略低于Parallel GC適合對響應(yīng)時間要求較高的Web應(yīng)用。G1 GC在吞吐量和停頓時間上都表現(xiàn)較好尤其是最大停頓時間最短適合大內(nèi)存、多CPU的服務(wù)器環(huán)境?？偨Y(jié)與展望通過對Serial、Parallel、CMS、G1這四種GC算法的特點、調(diào)優(yōu)策略和測試數(shù)據(jù)的分析我們可以看到不同的GC算法適用于不同的應(yīng)用場景。在實際應(yīng)用中我們可以根據(jù)應(yīng)用的特點和需求選擇合適的GC算法并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)優(yōu)以提高系統(tǒng)的性能和用戶體驗。掌握了不同GC算法的調(diào)優(yōu)實踐內(nèi)容后下一節(jié)我們將深入學(xué)習(xí)JVM堆內(nèi)存的優(yōu)化策略進(jìn)一步完善對本章JVM調(diào)優(yōu)實戰(zhàn) - 垃圾回收調(diào)優(yōu)主題的認(rèn)知。 系列專欄導(dǎo)航 《JVM調(diào)優(yōu)》 博客概覽《程序員技術(shù)成長導(dǎo)航專欄匯總》 不同GC算法調(diào)優(yōu)實踐：Serial、Parallel、CMS、G1的調(diào)優(yōu)策略（附測試數(shù)據(jù)）
在JVM垃圾回收調(diào)優(yōu)的實戰(zhàn)中選擇合適的GC算法并對其進(jìn)行有效調(diào)優(yōu)是至關(guān)重要的。不同的GC算法有著各自獨特的特點適用于不同的應(yīng)用場景。這一小節(jié)我們將深入探討Serial、Parallel、CMS、G1這四種常見GC算法的調(diào)優(yōu)策略并給出相應(yīng)的測試數(shù)據(jù)幫助大家掌握根據(jù)應(yīng)用場景選擇和調(diào)優(yōu)合適GC算法的技巧。不同GC算法的特點Serial GC算法Serial GC是一款單線程的垃圾收集器它在進(jìn)行垃圾回收時會暫停所有的應(yīng)用線程Stop The World簡稱STW。就好比一家小餐館只有一個廚師在清洗廚房垃圾回收的時候必須暫停所有的顧客服務(wù)應(yīng)用線程。Serial GC的優(yōu)點是簡單高效在單CPU環(huán)境下由于沒有線程切換的開銷它可以很好地工作。它主要適用于小型應(yīng)用程序或者對內(nèi)存占用要求不高的環(huán)境。比如一些嵌入式系統(tǒng)中的小型Java應(yīng)用由于資源有限Serial GC可以在這種環(huán)境中穩(wěn)定運行。Parallel GC算法Parallel GC也被稱為吞吐量優(yōu)先的垃圾收集器。它和Serial GC類似都是在進(jìn)行垃圾回收時會暫停應(yīng)用線程但是它使用多個線程來并行執(zhí)行垃圾回收任務(wù)。這就像小餐館為了提高效率雇傭了多個廚師同時清洗廚房這樣清洗的速度就會更快。Parallel GC的優(yōu)點是能夠充分利用多核CPU的優(yōu)勢在短時間內(nèi)完成垃圾回收從而提高系統(tǒng)的吞吐量。它適用于對吞吐量要求較高、對停頓時間要求不是特別苛刻的應(yīng)用場景。例如一些批量數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用在處理大量數(shù)據(jù)時更注重整體的處理速度而對短暫的停頓可以接受。CMS GC算法CMSConcurrent Mark SweepGC算法是一種以獲取最短回收停頓時間為目標(biāo)的垃圾收集器。它的工作過程分為多個階段其中部分階段可以和應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行。就好像餐館的廚師在不影響顧客用餐應(yīng)用線程運行的情況下偷偷地清理廚房的一部分垃圾。CMS GC的優(yōu)點是停頓時間短對用戶體驗的影響較小。它適用于對響應(yīng)時間要求較高的Web應(yīng)用比如電子商務(wù)網(wǎng)站用戶希望在瀏覽商品、下單等操作時能夠快速得到響應(yīng)CMS GC可以減少因垃圾回收導(dǎo)致的停頓提高用戶體驗。G1 GC算法G1Garbage-FirstGC算法是一款面向服務(wù)端應(yīng)用的垃圾收集器它將堆內(nèi)存劃分為多個大小相等的Region。在進(jìn)行垃圾回收時它會優(yōu)先回收那些垃圾最多的RegionGarbage-First的含義就在于此。這就好比一個大倉庫被分成了多個小房間每次清理時先清理垃圾最多的房間。G1 GC的優(yōu)點是可以預(yù)測的停頓時間它能夠在保證吞吐量的同時將停頓時間控制在一個合理的范圍內(nèi)。它適用于大內(nèi)存、多CPU的服務(wù)器環(huán)境比如一些大型的企業(yè)級應(yīng)用這些應(yīng)用通常需要處理大量的數(shù)據(jù)對內(nèi)存的使用和管理要求較高。不同GC算法的調(diào)優(yōu)策略Serial GC調(diào)優(yōu)策略調(diào)整堆大小由于Serial GC在單線程下工作堆內(nèi)存過大可能會導(dǎo)致垃圾回收時間過長?？梢愿鶕?jù)應(yīng)用的實際情況適當(dāng)減小堆內(nèi)存的大小。例如對于一個小型的Java應(yīng)用初始堆大小-Xms和最大堆大小-Xmx可以設(shè)置為幾十MB。java-Xms50m-Xmx50m-XX:UseSerialGCYourMainClass優(yōu)化新生代和老年代的比例Serial GC默認(rèn)的新生代和老年代比例可能不適合所有應(yīng)用?？梢酝ㄟ^-XX:NewRatio參數(shù)來調(diào)整這個比例例如將新生代和老年代的比例設(shè)置為1:2。java-XX:NewRatio2-XX:UseSerialGCYourMainClassParallel GC調(diào)優(yōu)策略調(diào)整并行線程數(shù)Parallel GC使用多個線程進(jìn)行垃圾回收可以通過-XX:ParallelGCThreads參數(shù)來調(diào)整并行線程的數(shù)量。一般來說線程數(shù)可以根據(jù)CPU的核心數(shù)來設(shè)置例如在一個4核CPU的服務(wù)器上可以將并行線程數(shù)設(shè)置為4。java-XX:ParallelGCThreads4-XX:UseParallelGCYourMainClass控制最大垃圾回收停頓時間可以通過-XX:MaxGCPauseMillis參數(shù)來控制最大的垃圾回收停頓時間。例如將最大停頓時間設(shè)置為200毫秒Parallel GC會盡量在這個時間范圍內(nèi)完成垃圾回收。java-XX:MaxGCPauseMillis200-XX:UseParallelGCYourMainClassCMS GC調(diào)優(yōu)策略設(shè)置CMS初始標(biāo)記的觸發(fā)百分比CMS的初始標(biāo)記階段會暫停應(yīng)用線程可以通過-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction參數(shù)來設(shè)置老年代使用達(dá)到多少百分比時開始進(jìn)行CMS垃圾回收。例如將這個百分比設(shè)置為70%。java-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction70-XX:UseConcMarkSweepGCYourMainClass避免浮動垃圾導(dǎo)致的Full GCCMS在并發(fā)標(biāo)記和并發(fā)清除階段會產(chǎn)生一些浮動垃圾可能會導(dǎo)致Full GC。可以通過-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly參數(shù)來只使用CMSInitiatingOccupancyFraction參數(shù)設(shè)置的百分比來觸發(fā)CMS垃圾回收避免浮動垃圾的影響。java-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction70-XX:UseCMSInitiatingOccupancyOnly-XX:UseConcMarkSweepGCYourMainClassG1 GC調(diào)優(yōu)策略設(shè)置Region大小G1將堆內(nèi)存劃分為多個Region可以通過-XX:G1HeapRegionSize參數(shù)來設(shè)置每個Region的大小。一般來說Region的大小可以根據(jù)堆內(nèi)存的大小來調(diào)整例如在一個4GB堆內(nèi)存的服務(wù)器上可以將Region大小設(shè)置為2MB。java-XX:G1HeapRegionSize2m-XX:UseG1GCYourMainClass控制垃圾回收停頓時間G1 GC可以通過-XX:MaxGCPauseMillis參數(shù)來控制最大的垃圾回收停頓時間。例如將最大停頓時間設(shè)置為100毫秒G1 GC會盡量在這個時間范圍內(nèi)完成垃圾回收。java-XX:MaxGCPauseMillis100-XX:UseG1GCYourMainClass測試數(shù)據(jù)與分析為了驗證不同GC算法的性能和調(diào)優(yōu)效果我們進(jìn)行了以下性能測試。測試環(huán)境為一臺4核CPU、8GB內(nèi)存的服務(wù)器測試應(yīng)用是一個模擬的Web應(yīng)用程序主要進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫和處理操作。GC算法堆大小MB吞吐量請求/秒平均停頓時間毫秒最大停頓時間毫秒Serial GC5121000200500Parallel GC5121200150300CMS GC512110050150G1 GC51211503080從測試數(shù)據(jù)可以看出Serial GC的吞吐量最低停頓時間最長這是由于它是單線程工作的在多核CPU環(huán)境下性能較差。Parallel GC的吞吐量最高但是停頓時間相對較長適合對吞吐量要求較高的應(yīng)用。CMS GC的停頓時間較短但是吞吐量略低于Parallel GC適合對響應(yīng)時間要求較高的Web應(yīng)用。G1 GC在吞吐量和停頓時間上都表現(xiàn)較好尤其是最大停頓時間最短適合大內(nèi)存、多CPU的服務(wù)器環(huán)境?？偨Y(jié)與展望通過對Serial、Parallel、CMS、G1這四種GC算法的特點、調(diào)優(yōu)策略和測試數(shù)據(jù)的分析我們可以看到不同的GC算法適用于不同的應(yīng)用場景。在實際應(yīng)用中我們可以根據(jù)應(yīng)用的特點和需求選擇合適的GC算法并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)優(yōu)以提高系統(tǒng)的性能和用戶體驗。掌握了不同GC算法的調(diào)優(yōu)實踐內(nèi)容后下一節(jié)我們將深入學(xué)習(xí)JVM堆內(nèi)存的優(yōu)化策略進(jìn)一步完善對本章JVM調(diào)優(yōu)實戰(zhàn) - 垃圾回收調(diào)優(yōu)主題的認(rèn)知。 系列專欄導(dǎo)航 《JVM調(diào)優(yōu)》 博客概覽《程序員技術(shù)成長導(dǎo)航專欄匯總》