面试题：Java垃圾回收算法在高并发场景下的效率优化

Question

在高并发的Java应用中，垃圾回收可能会成为性能瓶颈。请阐述如何通过调整垃圾回收算法及相关参数，来优化高并发场景下的垃圾回收效率，以减少对应用性能的影响，并举例说明。

Answer 1

调整垃圾回收算法

1. CMS（Concurrent Mark Sweep）：
   • 特点：CMS是一种以获取最短回收停顿时间为目标的垃圾回收器，在老年代使用。它在垃圾回收过程中，尽量让垃圾回收线程和应用线程并发执行，以减少应用线程的停顿时间。
   • 适用场景：适用于对响应时间要求高的高并发应用，如Web应用等。
2. G1（Garbage - First）：
   • 特点：G1将堆内存划分为多个大小相等的Region，它可以预测停顿时间，并优先回收价值最大（即垃圾最多）的Region。G1能在有限的时间内尽可能获取更高的回收效率，同时也能较好地控制停顿时间。
   • 适用场景：适用于堆内存较大，对停顿时间有严格要求的高并发应用，比如大数据处理应用等。

相关参数调整

1. CMS相关参数：
   • -XX:+UseConcMarkSweepGC：启用CMS垃圾回收器。
   • -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：设置老年代空间使用达到多少比例时开始执行CMS垃圾回收。例如设置为70，表示老年代空间使用达到70%时开始CMS回收。若设置过低，会导致频繁回收；设置过高，可能会导致老年代空间不足引发Full GC。
   • -XX:+CMSParallelRemarkEnabled：开启并行Remark阶段，能缩短Remark停顿时间。
2. G1相关参数：
   • -XX:+UseG1GC：启用G1垃圾回收器。
   • -XX:MaxGCPauseMillis：设置G1收集器的最大停顿时间目标，默认值是200毫秒。G1会尽力满足这个停顿时间目标，但不保证一定达到。例如设置为100，表示希望每次垃圾回收停顿时间不超过100毫秒。
   • -XX:G1HeapRegionSize：设置G1 Region的大小，取值范围是1MB到32MB，且必须是2的幂次方。合理设置该值可以优化G1的回收效率，比如对于大堆可以设置较大的值。

举例说明

假设我们有一个高并发的Web应用，使用Tomcat服务器。

1. 使用CMS：
   • 在启动脚本中添加参数：JAVA_OPTS="-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 -XX:+CMSParallelRemarkEnabled"
   • 应用在运行过程中，当老年代空间使用达到70%时，CMS垃圾回收器会启动，并且由于开启了并行Remark阶段，Remark停顿时间会缩短，从而减少对应用性能的影响，使Web应用能更快地响应请求。
2. 使用G1：
   • 在启动脚本中添加参数：JAVA_OPTS="-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:G1HeapRegionSize=16M"
   • 应用运行时，G1垃圾回收器会按照设置的最大停顿时间目标（100毫秒）来进行垃圾回收，并且由于Region大小设置为16M，在回收过程中能更高效地管理内存，对于高并发Web应用，能在短时间内完成垃圾回收，减少对用户请求响应的影响。