Java技术，IBM风格: 垃圾收集策略，第1部分: 不同的策略提供了灵活性(2)

我要强调一点：即使出现了表 2 中提到的原因，也不足以 断言替代策略的性能会更好；它们只是提示。在所有情况下，都应该实际运行应用程序，并度量吞吐量和/或响应时间以及 GC 停顿时间。本系列的下一部分将给出进行这种测试的示例。

本文余下的几节详细描述 GC 策略之间的差异。

optthruput

optthruput 是默认策略。它是一个追踪收集器，称为标志-扫描-紧凑排列（mark-sweep-compact） 收集器。在 GC 期间总是会运行标志和扫描阶段，但是紧凑排列只在某些情况下发生。标志阶段会寻找所有存活的对象并加上标志。扫描阶段会删除所有未加标志的对象。第三个可选的步骤是紧凑排列（compaction）。在某些情况下可能会发生紧凑排列；最常见的情况是系统无法回收足够的空闲空间。

如果非常频繁地分配和释放对象，导致在堆上只留下小块的空闲内存，这时就出现了碎片化。整个堆上可能有大量的空闲空间，但是连续区域很小，导致分配失败。紧凑排列 就是将所有对象向下移动到堆的开头，一个挨一个地排列，让它们之间没有间隔空间。这会消除堆的碎片化，但这是一种代价昂贵的任务，所以只在必要时执行。

图 1 描述三个不同阶段之后的堆布局：标志、扫描和紧凑排列。深色区域表示对象，浅色区域表示空闲空间。

标志和扫描

标志 阶段遍历所有可以从线程堆栈、静态值、interned 字符串和 JNI 引用引用的对象。在这个过程中，创建一个标志位矢量，它定义所有存活对象的开头。

扫描 阶段使用标志阶段生成的标志位矢量，从而识别哪些堆存储块可以回收供以后的分配使用；这些块被添加到空闲列表中。

图 1. 垃圾收集前后的堆布局

不同 GC 阶段的工作细节超出了本文的范围；我主要关注确保您理解运行时性质。关于更多细节，请阅读 Diagnostics Guide。

图 2 展示执行时间在应用程序线程（即 mutator）和 GC 线程之间如何分布。水平轴是经历的时间，垂直轴包含线程，其中 n 表示计算机上处理器的数量。对于这个图示，假设应用程序在每个处理器上使用一个线程。GC 由蓝色框表示，这说明 mutator 停止，GC 线程正在运行。这些收集线程占用 100% 的 CPU 资源，mutator 线程空闲。这个图有点儿过分笼统了，这是为了便于与本文中的其他策略进行比较。实际上，GC 的持续时间和频率依赖于应用程序和工作负载。

图 2. 在 optthruput 策略中 CPU 时间在 mutator 和 GC 线程之间的分布

mutator 与 GC 线程

mutator 线程就是分配对象的应用程序。也可以把 mutator 称为应用程序。GC 线程是内存管理的一部分，它们执行垃圾收集。

Java技术，IBM风格: 垃圾收集策略，第1部分: 不同的策略提供了灵活性(3)

堆锁和线程分配缓存

optthruput 策略使用连续的堆区域，应用程序中的所有线程共享这个区域。线程需要排他地访问堆，以便为新对象保留空间。这个锁称为堆锁（heap lock），它们确保任意时刻只有一个线程能够分配对象。在有多个 CPU 的计算机上，这个锁会造成伸缩性问题，因为可能同时出现多个分配请求，但是每个请求需要排他地访问堆锁。

为了缓解这个问题，每个线程保留一小块内存，称为线程分配缓存（thread allocation cache） （也称为线程局部堆，TLH）。这块存储空间是一个线程专用的，所以在其中进行分配时不使用堆锁。当分配缓存满了之后，线程使用堆锁向堆请求新的分配缓存。

堆的碎片化会妨碍线程获得较大的 TLH，所以 TLH 会很快被填满，导致应用程序线程频繁地向堆请求新的分配缓存。在这种情况下，堆锁就成了瓶颈；如果出现这样的情况，gencon 或 subpool 策略可能

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