面试题：Java虚拟机性能调优之垃圾回收器选择

Question

在Java开发中，常见的垃圾回收器有CMS、G1等。请阐述在一个高并发且对响应时间敏感的Web应用场景下，为何选择G1垃圾回收器而不是CMS垃圾回收器，并简要说明G1垃圾回收器在此场景下的调优参数有哪些。

Answer 1

选择G1而非CMS的原因

1. 分代与分区
   • CMS：基于分代收集算法，将堆分为年轻代和老年代，回收时需要扫描整个老年代，可能导致较长的停顿时间，在高并发对响应时间敏感的场景下，这是不利的。
   • G1：采用分区（Region）的方式，逻辑上仍然分代，但物理上不再是连续的空间。G1可以有选择地回收部分Region，优先处理垃圾最多的Region（即垃圾优先回收原则），能有效控制停顿时间，更适合高并发响应时间敏感场景。
2. 停顿时间可预测性
   • CMS：虽然致力于减少老年代回收时的停顿时间，但在并发标记和清理阶段，仍可能因为浮动垃圾等问题导致停顿时间不可预测，尤其是在堆内存较大且高并发情况下。
   • G1：通过设定预期停顿时间（-XX:MaxGCPauseMillis参数），能在该时间预算内尽量完成垃圾回收工作，停顿时间更具可预测性，满足高并发Web应用对响应时间的要求。
3. 内存碎片化
   • CMS：在回收过程中容易产生内存碎片化问题，随着时间推移，可能导致大对象无法分配到连续内存空间，即使堆内存还有足够的空闲空间，从而提前触发Full GC，增加停顿时间。
   • G1：在回收过程中，会进行空间整合，减少内存碎片化，有利于应用长期稳定运行。

G1垃圾回收器调优参数

1. 停顿时间相关
   • -XX:MaxGCPauseMillis：设定G1收集器目标最大停顿时间，单位是毫秒。例如 -XX:MaxGCPauseMillis=200，表示希望每次垃圾回收停顿时间不超过200毫秒。G1会尽力在这个时间内完成垃圾回收工作，但这只是一个软目标，实际可能会稍有超出。
2. 堆内存相关
   • -Xmx：设置Java堆的最大内存。例如 -Xmx4g，表示最大堆内存为4GB。在高并发Web应用中，合理设置堆内存大小能避免频繁的垃圾回收。
   • -Xms：设置Java堆的初始内存。通常建议 -Xms 和 -Xmx 设置为相同的值，以避免在运行时不断调整堆大小带来的额外开销。例如 -Xms4g 。
3. Region相关
   • -XX:G1HeapRegionSize：设置G1区域（Region）的大小，取值范围是1MB到32MB，且必须是2的幂次方。例如 -XX:G1HeapRegionSize=16m ，较小的Region可以更细粒度地进行垃圾回收，但也会增加元数据的开销；较大的Region适合存储大对象。
4. 并发线程相关
   • -XX:ConcGCThreads：设置并发标记阶段使用的线程数。默认值是根据逻辑处理器数量动态计算的。在高并发场景下，如果逻辑处理器资源充足，可以适当增加该值以加快并发标记速度，但过多的线程也会带来线程上下文切换的开销。例如 -XX:ConcGCThreads=8 。
   • -XX:G1ParallelGCThreads：设置并行垃圾回收阶段使用的线程数。同样，默认值根据逻辑处理器数量动态计算。在硬件资源允许的情况下，增加该值可以加快垃圾回收速度。例如 -XX:G1ParallelGCThreads=16 。