面试题：Java垃圾回收器对比与调优

Question

比较几种常见的Java垃圾回收器（如Serial、Parallel、CMS、G1）的特点、适用场景以及它们在垃圾回收过程中的性能表现。如果在一个高并发的Web应用中，如何选择和调优垃圾回收器以提高系统性能？

Answer 1

Serial垃圾回收器

• 特点：单线程垃圾回收器，在进行垃圾回收时，会暂停所有应用线程。它简单高效，没有线程交互开销。
• 适用场景：适用于单核处理器环境，或对应用停顿时间要求不高、内存较小的应用。
• 性能表现：由于单线程回收，垃圾回收时间较长，应用停顿时间长，但简单性使得在小内存环境下可能有较好的吞吐量。

Parallel垃圾回收器

• 特点：多线程垃圾回收器，也叫吞吐量优先垃圾回收器。多个线程同时进行垃圾回收，在回收期间同样会暂停应用线程。目标是在较短时间内完成垃圾回收，以获得较高的吞吐量。
• 适用场景：适用于对吞吐量要求高，而对响应时间要求相对宽松的应用，如批处理任务。
• 性能表现：相比Serial回收器，由于多线程并行回收，在多核处理器环境下能显著减少垃圾回收时间，提高吞吐量，但停顿时间仍然存在。

CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾回收器

• 特点：以获取最短回收停顿时间为目标的垃圾回收器。它使用多线程并行进行垃圾回收，在标记和清除阶段可以与应用程序并发执行，减少应用停顿时间。不过，它会产生“浮动垃圾”，并且可能出现Concurrent Mode Failure问题。
• 适用场景：适用于对响应时间要求高的应用，如Web应用，希望在垃圾回收时尽可能减少对用户请求的影响。
• 性能表现：能有效减少应用停顿时间，提高响应速度，但由于并发执行，会占用部分CPU资源，可能对吞吐量有一定影响，同时由于“浮动垃圾”的存在，需要预留一部分内存空间。

G1（Garbage - First）垃圾回收器

• 特点：将堆内存划分为多个大小相等的Region，采用标记 - 整理算法，避免了内存碎片问题。可以预测停顿时间，能在有限的时间内尽可能多的回收垃圾。在回收过程中，可并发执行部分操作，减少应用停顿。
• 适用场景：适用于大内存、对响应时间和吞吐量都有一定要求的应用，特别是堆内存较大且对象分配频率高的场景。
• 性能表现：在大内存环境下，既能保证一定的吞吐量，又能较好地控制停顿时间，通过合理的Region划分和回收策略，在高并发场景下表现出色。

在高并发Web应用中选择和调优垃圾回收器

• 选择：
  • 对于高并发Web应用，一般优先考虑CMS或G1垃圾回收器。如果应用对响应时间极其敏感，内存使用相对稳定且堆内存不是特别大，CMS可能是较好的选择，因为它能最大程度减少停顿时间。如果应用堆内存较大，对象分配和回收频繁，且对吞吐量也有一定要求，G1更合适，它在大内存下能兼顾响应时间和吞吐量。
• 调优：
  • CMS调优：
    • 通过 -XX:ConcGCThreads 参数调整并发垃圾回收线程数，根据服务器CPU核数合理设置，一般为CPU核数的1/4到1/2。
    • -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 参数设置CMS垃圾回收周期的启动阈值，根据应用内存使用情况调整，避免Concurrent Mode Failure。
  • G1调优：
    • -XX:G1HeapRegionSize 参数设置Region大小，根据堆内存大小选择合适的值，一般从1M到32M。
    • -XX:MaxGCPauseMillis 参数设置最大停顿时间目标，G1会尽量满足这个目标，可根据应用需求设置，如100 - 200毫秒。
    • -XX:G1NewSizePercent 和 -XX:G1MaxNewSizePercent 参数调整新生代大小，控制新生代和老年代的比例，以优化垃圾回收性能。