Java的垃圾收集如何工作，如何優(yōu)化它？

了解Java的垃圾收集

Java's垃圾收集（GC）是一種自動(dòng)內(nèi)存管理系統(tǒng)，它恢復(fù)了已無法通過該計(jì)劃的對(duì)象占用的內(nèi)存。它使開發(fā)人員免于手動(dòng)記憶分配和交易的負(fù)擔(dān)，以防止記憶泄漏和懸空指示。該過程通常涉及三個(gè)階段：

1. 標(biāo)記： GC識(shí)別仍可到達(dá)哪些對(duì)象。它從一組根對(duì)象開始（例如本地變量，靜態(tài)變量和登錄），然后遍歷對(duì)象圖，標(biāo)記每個(gè)可觸及的對(duì)象。
3. 掃描： GC將無標(biāo)記的對(duì)象（不可涉及的對(duì)象）識(shí)別為GARBAGE。實(shí)時(shí)對(duì)象更近距離，減少了內(nèi)存碎片。這改善了內(nèi)存分配性能。

優(yōu)化垃圾收集

優(yōu)化GC并不是要完全消除它 - 這是不可能且不受歡迎的。取而代之的是，優(yōu)化著重于調(diào)整GC以最大程度地減少其停頓和整體開銷。這可以通過各種策略來實(shí)現(xiàn)：

• 選擇合適的垃圾收集器： Java提供不同的GC算法（下面討論）。最佳選擇取決于您應(yīng)用程序的特征（例如，吞吐量與低延遲）。 The -XX: UseG1GC (Garbage-First Garbage Collector) is often a good starting point for many applications.
• Heap Size Tuning: Setting appropriate heap sizes (using -Xms for initial heap size and -Xmx for maximum heap size) is crucial.太小的堆會(huì)導(dǎo)致頻繁的GC周期，而太大的堆可能會(huì)浪費(fèi)記憶并增加GC停頓時(shí)間。監(jiān)視堆的用法是找到正確平衡的關(guān)鍵。
• 最大程度地減少對(duì)象創(chuàng)建：減少創(chuàng)建的對(duì)象數(shù)量。在可能的情況下（例如，使用對(duì)象池）重復(fù)使用對(duì)象會(huì)大大減少GC負(fù)載。
• 避免內(nèi)存泄漏：識(shí)別并修復(fù)內(nèi)存泄漏，其中無意中的對(duì)象使對(duì)象泄漏超出了其實(shí)用性。 Static references and improper use of listeners are common culprits.
• Using Weak References: For situations where you need to hold a reference to an object without preventing it from being garbage collected, use java.lang.ref.WeakReference.
• Profiling and Monitoring: Regularly profile your application's GC behavior to identify瓶頸和改進(jìn)區(qū)域（在下面進(jìn)行了進(jìn)一步討論）。

Java中使用的垃圾收集算法是什么不同？權(quán)衡：

• 串行GC：一個(gè)簡(jiǎn)單的單線讀取GC。僅適用于在單核處理器上運(yùn)行的小型應(yīng)用程序。優(yōu)勢(shì)：簡(jiǎn)單，低矮的頭頂。弱點(diǎn)：可能會(huì)導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間的停頓，不適合多核系統(tǒng)和大型應(yīng)用程序。
• 并行GC（吞吐量收集器）：使用多個(gè)線程與應(yīng)用程序線程同時(shí)執(zhí)行垃圾收集。目的是高通量。優(yōu)勢(shì)：高吞吐量。弱點(diǎn)：在主要集合期間可能會(huì)引起長(zhǎng)時(shí)間的停頓（停止世界停頓）。
• 并發(fā)標(biāo)記掃描（CMS）GC：通過與應(yīng)用線程同時(shí)執(zhí)行大多數(shù)垃圾收集，以實(shí)現(xiàn)低停頓時(shí)間的目標(biāo)。優(yōu)勢(shì)：暫停時(shí)間。弱點(diǎn)：可以減少吞吐量，更復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致記憶消耗增加（由于破碎化）。自Java 9.
• G1 GC（垃圾 - 優(yōu)先GC）以來被棄用：服務(wù)器風(fēng)格的垃圾收集器，設(shè)計(jì)用于大型堆。將堆分成區(qū)域，并優(yōu)先考慮垃圾最多的地區(qū)的垃圾收集。優(yōu)勢(shì)：吞吐量和暫停時(shí)間之間的良好平衡，有效地處理大堆。弱點(diǎn)：比簡(jiǎn)單的收藏家更復(fù)雜。
• z GC：一個(gè)為大堆設(shè)計(jì)的低吊帶時(shí)間收集器。使用并發(fā)標(biāo)記和復(fù)制技術(shù)來最大程度地減少暫停時(shí)間。優(yōu)勢(shì)：極低的停頓時(shí)間，適合大堆。弱點(diǎn)：相對(duì)較新，與成熟的收藏家相比可能具有一些性能限制。
• Shenandoah GC：使用獨(dú)特的并發(fā)緊湊型算法的低位時(shí)期垃圾收集器。優(yōu)勢(shì)：即使有大量堆，暫停時(shí)間也很低。弱點(diǎn)：相對(duì)較新，與成熟的收藏家相比可能存在一些性能限制。

GC算法的選擇顯著影響應(yīng)用程序性能。實(shí)驗(yàn)和仔細(xì)的監(jiān)控對(duì)于找到最適合您的應(yīng)用是至關(guān)重要的。

我如何有效地監(jiān)控和故障排除垃圾收集性能問題？

監(jiān)視和故障排除垃圾收集

• 使用 JSTAT 命令行工具： JSTAT 提供詳細(xì)的GC統(tǒng)計(jì)信息，包括使用Java Visual offirant gragrant iveling gragral contracter。活動(dòng)和其他JVM指標(biāo)。他們提供堆使用，GC停頓和其他性能指標(biāo)的視覺表示。
• 使用Java Flight Recorder（JFR）： JFR提供低超過頭的分析功能，使您可以捕獲有關(guān)GC活動(dòng)的詳細(xì)信息，而不會(huì)顯著影響應(yīng)用程序性能。這對(duì)于識(shí)別不頻繁但有影響力的GC暫停特別有用。
• 分析GC日志：配置您的JVM以生成GC日志，該日志可提供有關(guān)每個(gè)GC周期的詳細(xì)信息。分析這些日志可以幫助查明性能問題的根本原因。諸如GCViewer之類的工具可以幫助可視化和分析這些日志。
• 堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)：服用堆轉(zhuǎn)儲(chǔ)（使用 jmap ）允許您在特定時(shí)間點(diǎn)分析堆的狀態(tài)。這可以幫助確定內(nèi)存泄漏和其他問題。
• 分析工具：分析工具（例如Yourkit或jprofiler）可以提供對(duì)內(nèi)存使用和GC活動(dòng)的更深入分析，幫助對(duì)象消耗過多的內(nèi)存或促進(jìn)頻繁的GC Cycles cance younder cance
瓶頸并有效地解決問題。用法：
• 對(duì)象重復(fù)使用：盡可能重復(fù)使用對(duì)象，而不是反復(fù)創(chuàng)建新的對(duì)象。對(duì)象池是重用對(duì)象的常見技術(shù)。
• 字符串操縱：注意字符串串聯(lián)。使用 StringBuilder 或 StringBuffer 用于多個(gè)字符串串聯(lián)的比使用 重復(fù)使用
• 避免不必要的對(duì)象創(chuàng)建：
仔細(xì)檢查您的代碼以確定不必要的對(duì)象的區(qū)域。考慮在適當(dāng)?shù)那闆r下使用原始類型而不是其包裝器類（除非JVM有效地處理自動(dòng)氧法）。
• 有效的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：根據(jù)應(yīng)用程序的需求選擇適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。使用正確的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以顯著影響內(nèi)存使用和性能。
• 資源管理：正確關(guān)閉資源（如流和連接），以防止內(nèi)存泄漏。 Use try-with-resources statements to ensure resources are automatically closed.
• Weak References: Use weak references when appropriate to allow objects to be garbage collected even if they are referenced.
• Caching: Cache frequently accessed data to reduce the number of times you need to create or retrieve objects.
• Code評(píng)論：常規(guī)代碼評(píng)論可以幫助確定改善內(nèi)存管理和對(duì)象創(chuàng)建的領(lǐng)域。

通過遵循這些最佳實(shí)踐，您可以大大減少應(yīng)用程序產(chǎn)生的垃圾量，從而最大程度地減少GC開銷并改善整體性能。請(qǐng)記住，一致的監(jiān)視和分析對(duì)于識(shí)別和解決剩余的性能瓶頸至關(guān)重要。

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