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JVM 不同的垃圾收集算法分别有什么优缺点?

Java 虚拟机(JVM)的垃圾收集(Garbage Collection,GC)算法有多种,每种算法都有其自身的优缺点,适用于不同的场景。以下是几种常见的垃圾收集算法及其优缺点:

1. 标记-清除算法 (Mark-Sweep):

  • 原理:
    1. 标记 (Mark): 从 GC Roots 开始,递归地标记所有可达对象。
    2. 清除 (Sweep): 遍历整个堆,清除未被标记的对象(垃圾对象),释放其占用的内存。
  • 优点:
    • 实现简单: 算法思路比较简单。
    • 不需要移动对象: 清除阶段不需要移动对象,减少了开销。
  • 缺点:
    • 产生内存碎片: 清除后会产生大量不连续的内存碎片,导致分配较大对象时可能需要提前触发 GC。
    • 效率问题: 标记和清除两个过程的效率都比较低。

2. 复制算法 (Copying):

  • 原理:
    1. 将内存空间划分为两个相等的区域(例如,From 空间和 To 空间)。
    2. 每次只使用其中一个区域(例如,From 空间)。
    3. 当 From 空间满时,进行垃圾回收。
    4. 将 From 空间中存活的对象复制到 To 空间。
    5. 清除 From 空间中的所有对象。
    6. 交换 From 空间和 To 空间的角色。
  • 优点:
    • 实现简单,运行高效: 只需要遍历存活对象,并将它们复制到另一个区域。
    • 不会产生内存碎片: 复制后对象是连续排列的。
  • 缺点:
    • 浪费空间: 需要预留一半的内存空间用于复制。
    • 对象移动: 复制对象需要修改对象的引用,增加了开销(特别是对于大对象)。
  • 适用场景:
    • 适用于存活对象较少、垃圾对象较多的场景(例如,新生代)。

3. 标记-整理算法 (Mark-Compact):

  • 原理:
    1. 标记 (Mark): 从 GC Roots 开始,递归地标记所有可达对象。
    2. 整理 (Compact): 将所有存活对象移动到内存空间的一端,然后清理掉边界以外的内存。
  • 优点:
    • 不会产生内存碎片: 整理后对象是连续排列的。
    • 充分利用内存: 不需要像复制算法那样预留空间。
  • 缺点:
    • 效率较低: 需要移动对象,开销较大。
    • 需要“Stop The World”: 在标记和整理阶段,需要暂停所有用户线程。
  • 适用场景:
    • 适用于存活对象较多、垃圾对象较少的场景(例如,老年代)。

4. 分代收集算法 (Generational Collection):

  • 原理:
    • 将 Java 堆划分为不同的代(Generation),根据对象的生命周期采用不同的垃圾收集算法。
    • 新生代 (Young Generation): 存放新创建的对象。
      • 大多数对象在新生代被回收。
      • 使用复制算法进行垃圾回收 (Minor GC)。
      • 划分为 Eden 区和 Survivor 区 (From Survivor 和 To Survivor)。
    • 老年代 (Old Generation): 存放生命周期较长的对象,或大对象。
      • 使用标记-清除算法或标记-整理算法进行垃圾回收 (Major GC 或 Full GC)。
  • 优点:
    • 针对性强: 根据对象的生命周期特点采用不同的垃圾收集算法,提高了垃圾回收效率。
    • 减少停顿时间: 新生代使用复制算法,Minor GC 的停顿时间通常较短。
  • 缺点:
    • 实现复杂: 需要管理多个代,增加了算法的复杂性。
  • 适用场景:
    • 适用于大多数 Java 应用程序。

HotSpot VM 中的垃圾收集器:

垃圾收集器算法特点适用场景
Serial复制 (新生代) + 标记-整理 (老年代)单线程,Stop-The-World客户端模式,小型应用
ParNew复制 (新生代)Serial 的多线程版本,Stop-The-World多核 CPU,与 CMS 配合使用
Parallel Scavenge复制 (新生代) + 标记-整理 (老年代)多线程,Stop-The-World,吞吐量优先吞吐量优先的应用(例如,后台计算)
Serial Old标记-整理Serial 的老年代版本,单线程,Stop-The-World客户端模式,小型应用,或与 Parallel Scavenge 配合使用
Parallel Old标记-整理Parallel Scavenge 的老年代版本,多线程,Stop-The-World吞吐量优先的应用
CMS (Concurrent Mark Sweep)并发标记-清除 (老年代) + 复制 (新生代)并发收集,低停顿,但会产生内存碎片,可能会发生 Concurrent Mode Failure响应时间优先的应用(例如,Web 应用)
G1 (Garbage-First)复制 + 标记-整理 (混合)将堆划分为多个区域 (Region),并发收集,低停顿,可预测的停顿时间,适用于大堆内存大堆内存,低延迟的应用
ZGC标记-复制 (着色指针, 读屏障)并发收集,极低停顿 (通常小于 10ms),适用于大堆内存JDK 11+,需要极低延迟的应用
Shenandoah标记-复制并发收集,低停顿,与应用线程并发执行低延迟的应用

如何选择垃圾收集器:

  • 吞吐量优先: Parallel Scavenge + Parallel Old
  • 响应时间优先: CMS (老版本 JDK) 或 G1 (JDK 8+ 推荐) 或 ZGC/Shenandoah (JDK 11+)
  • 小内存应用或客户端模式: Serial
  • 大内存且需要低延迟: G1, ZGC, Shenandoah

总结:

不同的垃圾收集算法有不同的优缺点,适用于不同的场景。 HotSpot VM 提供了多种垃圾收集器,可以根据应用程序的特点和性能目标进行选择和配置。

http://www.dtcms.com/a/122172.html

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