JVM : 14 面试题：JVM中都有哪些常见的垃圾回收器，各自的特点是什么？

叁歲伎倆 2022-09-11 03:12 17阅读 0赞

### 1. 案例：一个日处理上亿数据的计算系统 ###

案例的背景，有一个数据计算系统，日处理数据量在上亿的规模。

这个系统会不停的从MySQL数据库以及其它数据源里提取大量的数据，加载到自己的JVM内存里来进行计算处理，如下图所示：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_16_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

这个数据计算系统会不停的通过SQL语句和其他方式从各种数据存储中提取数据到内存中来进行计算，大致当时的生产负载是每分钟大概需要执行500次数据提取和计算的任务。

但是这是一套分布式运行的系统，所以生产环境部署了多台机器，每台机器大概每分钟负责执行100次数据提取和计算的任务。

每次会提取大概1万条左右的数据到内存里来计算，平均每次计算大概需要耗费10秒左右的时间。

然后每台机器是4核8G的配置，JVM内存给了4G，其中新生代和老年代分别是1.5G的内存空间，如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_15_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

### 3. 这个系统多快会塞满新生代？ ###

可知，该系统每台机器上部署的实例，每分钟会执行100次数据计算任务，每次是1万条数据需要计算10秒的时间。

这里计算一下每次1万条数据大概会占用的内存空间。**算法如下**：

由于每条数据都是比较大的，大概每条数据包含了平均20个字段，可以认为平均每条数据在1KB左右的大小。那么每次计算任务的1万条数据就对应了10MB的大小。

**新生代内存使用计算：**

如果新生代是按照 8:1:1 的比例来分配Eden和两块Survivor的区域，那么就是， Eden区就是1.2GB，每块Survivor区域在100MB左右，如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_18_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

按照这个内存大小，每次执行一个计算任务，就会在Eden区里分配10MB左右的对象，那么一分钟大概对应100~120次计算任务。

基本上一分钟过后，Eden区里就全是对象，基本就全满了。

所以说，本小节的问题，新生代里的 Eden区，基本上1分钟左右就迅速填满了。

### 4. 触发Minor GC的时候会有多少对象进入老年代？ ###

上一小节说了，新生代的Eden区在1分钟过后都塞满对象了，然后会触发Minor GC回收一部分的垃圾对象。

第一步，计算老年代的可用内存空间是否钓大鱼新生代全部对象？

如下图，老年代是空的，大概有1.5G的可用内存空间，新生代的Eden区大概有1.2G的对象。

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16][]

这里会发现老年代的可用内存空间有1.5GB，新生代的对象总共有 1.2 GB，即使一次Minor GC过后，全部对象都存活，老年代也能放的下的，那么**此时就会直接执行Minor GC了**。

根据前面第二小节的内容可知，每个计算任务1万条数据需要计算10秒钟，假设此时80个计算任务都执行结束了，但是还有20个计算任务共计200MB的数据还在计算中，此时就是200MB的对象是存活的，不能被垃圾回收掉，然后有1GB的对象是可以垃圾回收的。

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 1][]

此时一次Minor GC会回收掉1GB的对象，然后200MB的对象超过了任意一块Survivor区域的内存大小。

所以此时会通过空间担保机制，让这200MB对象直接进入老年代去，占用里面200MB内存空间，然后Eden区就清空了。如下图所示：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 2][]

### 5. 系统运行多久，老年代大概就会填满？ ###

按照上述计算，每分钟会进行一次Minor GC，然后有大概200MB左右的数据进入老年代。

随着时间推移，假设2分钟过去了，此时老年代已经有400MB内存被占用，只有1.1GB的内存可以。

当第3分钟运行完毕，要进行Minor GC时，会**根据配置**决定是否先检查老年代可用空间是否大于新生代全部对象?

此时老年代可用空间1.1GB，新生代对象有1.2GB，假设一次Minor GC过后新生代对象全部存活，老年代是放不下的，此时就要看一个参数是否打开了。

如果“-XX:-HandlePromotionFailure” 参数被打开了，默认开启。就会进入第二步检查，查看老年代可用空间是否大于历次Minor GC过后进入老年代的对象的平均大小。

如果此时老年代的1.1GB空间，是大于每次Minor GC后平均200MB对象进入老年代的大小的。

所以基本可以推测，本次Minor GC后大概率还是有200MB对象进入老年代，1.1G可用空间是足够的。

所以此时就会放心执行一次Minor GC，然后又是200MB对象进入老年代。

当**运行了7分钟过后**，7次Minor GC执行过后，大概1.4G对象进入老年代，老年代剩余空间就不到100MB了，几乎快满了。如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 3][]

### 6. 这个系统运行多久，老年代会触发1次Full GC? ###

在第8分钟运行结束的时候，新生代又满了，执行**Minor GC**之前进行检查，发现老年代只有100MB内存空间，比之前Minor GC进入老年代的200MB对象要小，此时就会触发一次**Full GC**。

Full GC会把老年代的垃圾对象都给回收了，假设此时老年代被占据的1.4G空间里，全部是可以回收的对象，那么此时就会全把这些对象都回收了，如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 4][]

按照这个运行模型，基本上平均就是七八分钟一次Full GC，这个频率相当高了。因为每次Full GC速度都很慢，性能很差。

### 7. 该案例应该如何进行JVM优化？ ###

因为该系统是数据计算系统，每次Minor GC的时候，必然会有一批数据没计算完毕。但由于内存模型的问题，每次Survivor区域放不下存活对象。

这里需要对生产系统进行调整，增加新生代的内存比例，3GB左右的堆内存，其中2GB分配给新生代，1GB留给老年代。

这样Survivor区大概就是200MB，每次刚好能放得下Minor GC过后存活的对象，如下图所示：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 5][]

只要每次Minor GC过后200MB存活对象可以放 Survivor区域，那么下一次Minor GC的时候，这个Survivor区域的对象对应的计算任务早就结束了，都是可以回收的。

此时比如Eden区里1.6GB空间被占满了，然后Survivor1区里有200MB上一轮Minor GC后存活的对象，如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 6][]

此时执行Minor GC，就会把Eden区里1.6GB对象回收掉，Survivor1区域里的200MB对象也会回收掉，然后Eden区里剩余的200MB存活对象会放入Survivor2区里，如下图：

![watermark_type_ZHJvaWRzYW5zZmFsbGJhY2s_shadow_50_text_Q1NETiBA6a6A5Z-O5bCP5biF_size_20_color_FFFFFF_t_70_g_se_x_16 7][]

以此类推，基本上就很少有对象会进入老年代中，老年代里的对象也不会太多的。

通过这个分析和优化，就能成功的把生产系统的老年代Full GC的频率从几分钟一次降低到了几个小时一次，大幅度提升了系统的性能，避免了频繁Full GC对系统运行的影响。

为了避免动态年龄判定规则把Survivor区中的对象直接升入老年代，在这里如果新生代内存有限，可以调整 “-XX:SurvivorRatio=8” 这个参数，默认是说 Eden区比例为80%，从而降低Eden区的比例，给两块 Survivor区更多的内存空间，然后让每次 Minor GC后的对象进入Survivor区中，还可以避免动态年龄判定规则直接把他们升入老年代。

### 8.垃圾回收器简介 ###

在新生代和老年代进行垃圾回收的时候，都是要用垃圾回收器进行回收的，不同的区域用不同的垃圾回收器。

**（1）Serial和Serial Old垃圾回收器**：分别用来回收新生代和老年代的垃圾对象

工作原理，是单线程运行，垃圾回收的时候会停止系统的其他工作线程，导致系统卡死，然后让他们进行垃圾回收。现在一般后台Java系统几乎不用了。

**（2）ParNew和CMS垃圾回收器**：ParNew现在一般都是用在新生代的垃圾回收器，CMS是用在老年代的垃圾回收器，都是多线程并发的机制，性能更好，是现在线上生产系统的标配组合。

**（3）G1垃圾回收器**：统一收集新生代和老年代，采用了更加优秀的算法和设计机制。

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