Java-Parallel GC介绍

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-b12using 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
HeapPSYoungGen      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 1056768Kclass 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 1056768Kclass 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 1056768Kclass 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 1056768Kclass 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]

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【java】java Parallel GC 该怎么看？
1.概述转载:http://anyteam.me/garbage-collection-algorithms-parallel-gc/ 建议看原文. 这个组合的垃圾收集器使用标记-复制的方式清理年轻 ...
Jvm 系列(六):Java 服务 GC 参数调优案例
本文介绍了一次生产环境的JVM GC相关参数的调优过程,通过参数的调整避免了GC卡顿对JAVA服务成功率的影响. 这段时间在整理jvm系列的文章,无意中发现本文,作者思路清晰通过步步分析最终解决问题. ...
gc java root_聊聊Java的GC机制
原标题:聊聊Java的GC机制近日,MIUI在小米全球社区发布公告,表示MIUI将在全球市场销售的手机中预装谷歌拨号及谷歌消息应用程序(中国.印度.印度尼西亚等市场除外).小米表示,小米9T Pro ...
Java的GC机制及算法
转载自 Java的GC机制及算法 GC的阶段对每个对象而言,垃圾回收分为两个阶段:finalization和reclamation. finalization: 指运行这个对象的finaliz ...
java超出gc开销_通过这5个简单的技巧减少GC开销
java超出gc开销编写代码的五种简单方法,可以提高内存效率,而无需花费更多时间或降低代码可读性垃圾回收会为您的应用程序增加多少开销? 您可能不知道确切的数字,但您确实知道总有改进的余地. 尽管自 ...
java超出gc开销限制_超出了GC开销限制– Java堆分析
java超出gc开销限制这篇文章是我们原来的GC开销超出问题模式的延续. 正确的Java堆分析对于消除OutOfMemoryError:GC开销问题至关重要. 如果您不熟悉此Java HotSp ...
java中GC的基本概念
GC Java中一个接口的多个实现类所需要的内存可能不一样,一个方法中的多个分支需要的内存也可能不一样,我们只有在程序处于运行期间时才会知道创建了哪些对象,这部分内存的分配时动态的,而程序计数器.虚拟 ...
为什么Java有GC调优而没听说过有CLR的GC调优？
前言在很多的场合我都遇到过一些群友提这样的一些问题: 为什么Java有GC调优而CLR没有听说过有GC调优呢? 到底是Java的JVM GC比较强还是C#使用的.NET CLR的GC比较强呢? 其实 ...
java在gc正常工作的情况下_Java GC的工作原理
一 ,GC的概要: JVM主要管理两种类型内存:堆和非堆,堆内存(Heap Memory)是在 Java 虚拟机启动时创建,非堆内存(Non-heap Memory)是在JVM堆之外的内存. 简单来说 ...

Java-Parallel GC介绍

JVM 垃圾收集器发展历史

Parallel GC有两种组合

Parallel GC起源

Young GC / Parallel Scavenge

Full GC / PSMarkSweep(Serial Old)

Full GC / PSCompact(ParallelOld GC)

收集器

Parallel Scavenge

Parallel Old

GC策略

内存分配策略

悲观策略

JVM默认老年代回收是 PSMarkSweep(Serial-Old) 还是Parallel Old？

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