Сборка мусора (Garbage Collection, GC) — это процесс автоматического освобождения памяти, занятой объектами, которые больше не используются в программе. В Java сборка мусора выполняется виртуальной машиной (JVM), и существует несколько алгоритмов GC, каждый из которых имеет свои особенности и подходит для разных сценариев. Давайте рассмотрим основные алгоритмы сборки мусора в Java.
1. Serial Garbage Collector
Serial GC — это простейший алгоритм сборки мусора, который работает в одном потоке. Он подходит для приложений с небольшим объемом памяти и однопоточных приложений.
Как работает:
- Маркировка (Mark): Сборщик мусора проходит по всем объектам в памяти и помечает те, которые все еще используются.
- Очистка (Sweep): Непомеченные объекты удаляются, освобождая память.
- Компактификация (Compact): Оставшиеся объекты перемещаются в начало памяти, чтобы избежать фрагментации.
Преимущества:
- Простота и низкие накладные расходы.
- Подходит для приложений с небольшим объемом памяти.
Недостатки:
- Долгие паузы (stop-the-world), так как сборка мусора выполняется в одном потоке.
- Не подходит для многопоточных приложений.
Использование:
java -XX:+UseSerialGC MyApp
2. Parallel Garbage Collector
Parallel GC (также известный как Throughput Collector) использует несколько потоков для выполнения сборки мусора. Это позволяет ускорить процесс сборки мусора, особенно на многопроцессорных системах.
Как работает:
- Маркировка (Mark): Несколько потоков одновременно помечают используемые объекты.
- Очистка (Sweep): Непомеченные объекты удаляются.
- Компактификация (Compact): Оставшиеся объекты перемещаются в начало памяти.
Преимущества:
- Более высокая производительность за счет использования нескольких потоков.
- Подходит для приложений с большим объемом памяти и многопроцессорных систем.
Недостатки:
- Паузы (stop-the-world) все еще могут быть значительными, особенно при работе с большими объемами памяти.
Использование:
java -XX:+UseParallelGC MyApp
3. CMS Garbage Collector
CMS GC — это алгоритм, который старается минимизировать паузы (stop-the-world) за счет выполнения большей части работы параллельно с выполнением приложения.
Как работает:
- Начальная маркировка (Initial Mark): Короткая пауза для маркировки корневых объектов.
- Параллельная маркировка (Concurrent Mark): Параллельная маркировка всех используемых объектов.
- Повторная маркировка (Remark): Короткая пауза для завершения маркировки.
- Параллельная очистка (Concurrent Sweep): Очистка непомеченных объектов.
Преимущества:
- Минимизация пауз (stop-the-world).
- Подходит для приложений, чувствительных к задержкам (low-latency applications).
Недостатки:
- Более высокая нагрузка на процессор из-за параллельной работы.
- Возможность фрагментации памяти.
Использование:
java -XX:+UseConcMarkSweepGC MyApp
4. G1 Garbage Collector
G1 GC — это современный алгоритм сборки мусора, который предназначен для работы с большими объемами памяти и минимизации пауз (stop-the-world).
Как работает:
- Разделение памяти на регионы (Regions): Память делится на регионы, что позволяет собирать мусор в отдельных частях памяти.
- Маркировка (Mark): Параллельная маркировка используемых объектов.
- Очистка (Sweep): Очистка непомеченных объектов.
- Компактификация (Compact): Компактификация регионов с наибольшим количеством мусора.
Преимущества:
- Минимизация пауз (stop-the-world).
- Подходит для приложений с большим объемом памяти.
- Предсказуемые паузы благодаря разделению памяти на регионы.
Недостатки:
- Более сложная настройка и управление.
- Может потреблять больше ресурсов процессора.
Использование:
5. Z Garbage Collector
ZGC — это новый алгоритм сборки мусора, представленный в Java 11. Он предназначен для работы с очень большими объемами памяти (терабайты) и минимизации пауз (stop-the-world).
Как работает:
- Параллельная маркировка (Concurrent Mark): Маркировка используемых объектов выполняется параллельно с работой приложения.
- Параллельная очистка (Concurrent Sweep): Очистка непомеченных объектов выполняется параллельно.
- Компактификация (Compact): Компактификация выполняется параллельно, без длительных пауз.
Преимущества:
- Очень низкие паузы (stop-the-world), обычно менее 10 мс.
- Подходит для приложений с очень большими объемами памяти.
Недостатки:
- Требует современного оборудования и поддержки со стороны операционной системы.
- Может потреблять больше ресурсов процессора.
Использование:
6. Shenandoah Garbage Collector
Shenandoah GC — это еще один современный алгоритм сборки мусора, представленный в Java 12. Он также предназначен для минимизации пауз (stop-the-world) и работы с большими объемами памяти.
Как работает:
- Параллельная маркировка (Concurrent Mark): Маркировка используемых объектов выполняется параллельно с работой приложения.
- Параллельная очистка (Concurrent Sweep): Очистка непомеченных объектов выполняется параллельно.
- Параллельная компактификация (Concurrent Compact): Компактификация выполняется параллельно, без длительных пауз.
Преимущества:
- Очень низкие паузы (stop-the-world), обычно менее 10 мс.
- Подходит для приложений с большими объемами памяти.
Недостатки:
- Требует современного оборудования.
- Может потреблять больше ресурсов процессора.
Использование:
java -XX:+UseShenandoahGC MyApp
Резюмируем
- Serial GC: Простой и эффективный для небольших приложений, но с долгими паузами.
- Parallel GC: Использует несколько потоков для ускорения сборки мусора, подходит для многопроцессорных систем.
- CMS GC: Минимизирует паузы, но может вызывать фрагментацию памяти.
- G1 GC: Современный алгоритм с предсказуемыми паузами, подходит для больших объемов памяти.
- ZGC: Очень низкие паузы, подходит для очень больших объемов памяти.
- Shenandoah GC: Аналогичен ZGC, но с некоторыми особенностями реализации.
Выбор алгоритма сборки мусора зависит от требований вашего приложения, таких как объем памяти, допустимые паузы и доступные ресурсы процессора. Для большинства современных приложений рекомендуется использовать G1 GC, ZGC или Shenandoah GC, так как они обеспечивают низкие паузы и высокую производительность.