Java-Parallel GC 介绍，springmvc 面试题高级
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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。
推荐观看：Java架构300集
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GC 策略
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-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
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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 spac
e 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
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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 [,,*)
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