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項(xiàng)目中如何選擇JVM垃圾回收器?

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在一個(gè)項(xiàng)目中選擇合適的 JVM 垃圾回收器 (Garbage Collector, GC) 是非常重要的，它直接影響到應(yīng)用的性能、響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性。不同的 GC 算法和回收器適用于不同的應(yīng)用場景。選擇合適的垃圾回收器需要綜合考慮以下幾個(gè)因素：

1.?響應(yīng)時(shí)間要求（低延遲 vs 高吞吐量）

• 低延遲（Low Latency）：對于需要快速響應(yīng)的應(yīng)用程序（例如高頻交易系統(tǒng)、在線游戲或?qū)崟r(shí)通信應(yīng)用），垃圾回收的停頓時(shí)間必須盡可能短。在這種情況下，選擇低延遲的垃圾回收器是必要的。
• 高吞吐量（High Throughput）：對于需要處理大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用（例如批處理系統(tǒng)、大數(shù)據(jù)處理、科學(xué)計(jì)算等），吞吐量的最大化比延遲更為重要。在這種情況下，選擇高吞吐量的垃圾回收器更合適。

2.?堆內(nèi)存大小

• 小型堆（<= 1GB）：對于小型應(yīng)用，可能不需要復(fù)雜的垃圾回收器，Serial GC 或 Parallel GC 可以滿足需求。因?yàn)檫@些回收器簡單且啟動速度快。
• 大型堆（> 1GB）：對于大型應(yīng)用，需要考慮更為高效的垃圾回收器，特別是在有大堆內(nèi)存時(shí)，CMS、G1 或 ZGC 等垃圾回收器能夠有效地管理大量內(nèi)存，減少GC的頻率和停頓時(shí)間。

3.?應(yīng)用的暫停時(shí)間需求

如果你的應(yīng)用對停頓時(shí)間非常敏感（如金融系統(tǒng)、實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)等），需要優(yōu)先考慮那些專為減少停頓時(shí)間而設(shè)計(jì)的回收器：

• G1 GC：G1（Garbage First）GC 旨在提供可控的停頓時(shí)間，通過將堆劃分為多個(gè)區(qū)域來并行地回收，能夠避免長時(shí)間的 GC 停頓。它適用于大內(nèi)存（>= 4GB）的應(yīng)用，尤其適合需要低延遲的場景。
• ZGC（Z Garbage Collector）?和?Shenandoah GC：這兩種回收器都是低延遲的垃圾回收器，旨在實(shí)現(xiàn)“停頓時(shí)間可控制”的目標(biāo)。它們適合大內(nèi)存的系統(tǒng)（>= 16GB）并能有效管理多核 CPU 環(huán)境下的并發(fā)回收，通常用于對停頓時(shí)間有極高要求的應(yīng)用。
• CMS（Concurrent Mark-Sweep）：CMS 在多核機(jī)器上也具有較低的停頓時(shí)間，適合需要低延遲的應(yīng)用，但需要注意，它會有長時(shí)間的 Full GC 停頓，并且在 JVM 8 以后不再進(jìn)行活躍維護(hù)，逐漸被 G1 GC 所取代。

4.?GC停頓的容忍度

如果你能夠容忍一定的停頓時(shí)間以換取更高的吞吐量，以下 GC 回收器可以選擇：

• Parallel GC（并行垃圾回收器）：它是為多核處理器設(shè)計(jì)的，適用于對吞吐量有要求，但可以容忍停頓時(shí)間的場景。Parallel GC 會在垃圾回收時(shí)并行執(zhí)行多個(gè)線程，通常用于后臺批處理、大數(shù)據(jù)計(jì)算等應(yīng)用中。
• Serial GC：這是最簡單的回收器，它在單線程中執(zhí)行垃圾回收。適用于小型應(yīng)用，特別是內(nèi)存較小且硬件資源有限的場景。

5.?并發(fā)性

并發(fā)垃圾回收可以最大化地利用多核 CPU，減少對應(yīng)用程序的影響：

• G1 GC：G1 GC 支持并發(fā)回收，可以在應(yīng)用程序執(zhí)行的同時(shí)進(jìn)行標(biāo)記和清理，從而降低停頓時(shí)間。
• Parallel GC：通過多個(gè)線程并行工作，增加了并發(fā)性，但仍然可能會有較長的停頓時(shí)間，適合對吞吐量要求更高的場景。
• ZGC 和 Shenandoah GC：這兩種回收器均支持低延遲并發(fā)回收，并且對堆的管理更加高效，適合高并發(fā)系統(tǒng)和大內(nèi)存應(yīng)用。

6.?內(nèi)存管理特性

對于大型應(yīng)用，垃圾回收的效率不僅僅取決于回收算法，還與內(nèi)存分配、內(nèi)存碎片管理等因素有關(guān)：

• G1 GC：在大內(nèi)存和長時(shí)間運(yùn)行的應(yīng)用中，G1 GC 更容易進(jìn)行內(nèi)存壓縮和回收，減少碎片問題，適用于大內(nèi)存系統(tǒng)（如Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫等）。
• ZGC 和 Shenandoah GC：這兩者都是專為大內(nèi)存應(yīng)用設(shè)計(jì)的垃圾回收器，特別適合對內(nèi)存碎片管理和大規(guī)模內(nèi)存空間的有效利用有較高要求的系統(tǒng)。

7.?JVM版本和未來計(jì)劃

• JVM 9+：對于現(xiàn)代的 Java 應(yīng)用，建議使用?G1 GC?或?ZGC，尤其是在JVM 9及更高版本中，G1 GC被視為默認(rèn)的垃圾回收器，并且已不斷優(yōu)化。
• JVM 8及以下：如果你的應(yīng)用運(yùn)行在較老版本的 JVM 上，可以考慮使用?CMS?或?Parallel GC。不過需要注意，CMS 已不再被積極開發(fā)，而 G1 GC 已成為主要的垃圾回收器。

8.?垃圾回收器選擇總結(jié)

下面是常見場景中合適的垃圾回收器選擇：

場景/需求	推薦的垃圾回收器
對停頓時(shí)間敏感	G1 GC、ZGC、Shenandoah GC
高吞吐量要求	Parallel GC、Serial GC
小型堆、低資源	Serial GC、Parallel GC
大型堆、高內(nèi)存消耗	G1 GC、ZGC、Shenandoah GC
低延遲、并發(fā)性高、響應(yīng)快速	G1 GC、ZGC、Shenandoah GC
Java 8及以前版本的應(yīng)用	CMS（逐步遷移到G1 GC）
JVM 9及以后版本，性能優(yōu)化優(yōu)先	G1 GC（默認(rèn)），ZGC（對于大內(nèi)存）

9.?如何配置垃圾回收器

你可以通過以下 JVM 啟動參數(shù)來選擇垃圾回收器：

• Serial GC:?-XX:+UseSerialGC
• Parallel GC:?-XX:+UseParallelGC
• CMS:?-XX:+UseConcMarkSweepGC
• G1 GC:?-XX:+UseG1GC
• ZGC:?-XX:+UseZGC
• Shenandoah GC:?-XX:+UseShenandoahGC

總結(jié)

選擇合適的垃圾回收器需要考慮多個(gè)因素，主要包括：

• 應(yīng)用的響應(yīng)時(shí)間和吞吐量要求
• 堆內(nèi)存大小和GC停頓容忍度
• 并發(fā)性需求和內(nèi)存管理特性

一般來說，G1 GC 是一個(gè)通用且推薦的垃圾回收器，尤其是在JVM 9及之后的版本中，已成為默認(rèn)選擇。對于對低延遲要求極高的系統(tǒng)，可以考慮 ZGC 或 Shenandoah GC，而對于高吞吐量系統(tǒng)，Parallel GC 仍然是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。