parnew和cms如何协作

ParNew和CMS如何协作

ParNew和CMS协作的核心在于：ParNew处理年轻代垃圾收集、CMS处理老年代垃圾收集、降低垃圾收集的停顿时间、提高应用响应性能。ParNew是一个用于年轻代垃圾收集的并行收集器，而CMS（Concurrent Mark-Sweep）是一个用于老年代垃圾收集的低停顿收集器。ParNew和CMS的协作主要是通过分别处理不同代的垃圾回收来实现的，其中ParNew主要负责年轻代的垃圾回收，而CMS负责老年代的垃圾回收，从而减少了整体的垃圾收集停顿时间，提高了应用的响应性能。

ParNew收集器是一个多线程的年轻代收集器，能够充分利用多核处理器的优势，快速回收年轻代对象。与之相对应的，CMS收集器则是一个并发的老年代收集器，通过标记-清除算法，在应用线程执行期间并发地进行垃圾回收，最大限度地减少了垃圾收集对应用的影响。这两者的协作，能够有效地将年轻代和老年代的垃圾回收工作分离开来，减少垃圾收集的停顿时间，提高系统的吞吐量和响应性能。

一、ParNew垃圾收集器

1、ParNew的工作原理

ParNew收集器是一个多线程的年轻代收集器，基于复制算法进行垃圾回收。年轻代内存空间被分为Eden区和两个Survivor区（S0和S1），新生对象首先分配在Eden区。当Eden区满时，ParNew收集器会暂停所有应用线程，将存活对象从Eden区复制到一个Survivor区（假设是S0），然后清空Eden区。接下来，在下一次垃圾收集时，如果Eden区再次满了，存活对象会从Eden区和S0区复制到另一个Survivor区（S1），并清空S0区。这个过程不断重复，直到对象在Survivor区中存活一定次数后晋升到老年代。

2、ParNew的优势

多线程并发、效率高、与CMS配合良好。ParNew收集器的多线程并发特性，使其能够充分利用多核处理器的优势，加快年轻代垃圾回收的速度。此外，ParNew收集器与CMS收集器配合良好，共享一些内部数据结构和算法，能够无缝衔接年轻代和老年代的垃圾回收工作。

二、CMS垃圾收集器

1、CMS的工作原理

CMS（Concurrent Mark-Sweep）收集器是一个低停顿的老年代收集器，基于标记-清除算法进行垃圾回收。CMS的垃圾回收过程分为以下几个阶段：

初始标记阶段：暂停所有应用线程，标记从根可达的对象，时间较短。
并发标记阶段：恢复应用线程，并发地进行可达性分析，标记所有从根可达的对象。
重新标记阶段：再次暂停所有应用线程，处理并发标记阶段结束后应用线程可能产生的新的对象引用，确保标记准确，时间较短。
并发清除阶段：恢复应用线程，并发地清除未标记的对象，释放内存。

2、CMS的优势

低停顿、并发回收、适合响应时间敏感的应用。CMS收集器的最大优势在于其低停顿特性，通过并发标记和清除，最大限度地减少了垃圾收集对应用线程的影响，适用于对响应时间敏感的应用场景。

三、ParNew与CMS的协作

1、垃圾回收的分工

ParNew和CMS收集器的协作，首先体现在垃圾回收的分工上。ParNew负责年轻代的垃圾回收，而CMS负责老年代的垃圾回收。年轻代垃圾回收频率较高，但回收速度快；老年代垃圾回收频率较低，但回收过程较为复杂。通过分工合作，ParNew和CMS能够各司其职，分别处理年轻代和老年代的垃圾回收任务，减少垃圾收集的停顿时间。

2、停顿时间的优化

减少垃圾收集停顿时间、提高系统响应性能。ParNew和CMS的协作，能够有效地减少垃圾收集的停顿时间，提高系统的响应性能。ParNew收集器的多线程并发特性，加快了年轻代垃圾回收的速度；CMS收集器的并发标记和清除，减少了老年代垃圾回收的停顿时间。两者的协作，使得垃圾收集的总停顿时间得到了显著优化。

3、内存碎片的处理

标记-清除算法带来的内存碎片问题、CMS和ParNew的协作处理。CMS收集器基于标记-清除算法进行垃圾回收，可能会产生内存碎片问题。为了处理内存碎片，CMS收集器在必要时会进行内存压缩，或者通过ParNew收集器将年轻代对象晋升到老年代时进行适当的对象分配策略，减少内存碎片的产生。

四、ParNew与CMS的配置与优化

1、配置参数

为了使ParNew和CMS收集器协作得更好，可以通过配置一些参数来优化其性能。常见的配置参数包括：

-XX:+UseParNewGC：启用ParNew收集器。
-XX:+UseConcMarkSweepGC：启用CMS收集器。
-XX:ParallelGCThreads：指定ParNew收集器的线程数，一般设置为CPU核心数的一半。
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction：设置CMS收集器在老年代使用多少内存后开始进行垃圾回收，一般设置为70%至80%。

2、性能调优

合理配置内存大小、调整垃圾回收参数、监控和分析垃圾回收日志。为了优化ParNew和CMS收集器的性能，可以根据应用的具体情况，合理配置年轻代和老年代的内存大小，调整垃圾回收的参数，监控和分析垃圾回收日志，找出性能瓶颈并进行针对性的优化。

五、ParNew与CMS的应用场景

1、适用于响应时间敏感的应用

ParNew和CMS收集器的协作，适用于响应时间敏感的应用场景，例如在线交易系统、实时数据处理系统等。这些应用对系统的响应时间要求较高，不能接受长时间的垃圾收集停顿。ParNew和CMS的低停顿特性，能够有效地减少垃圾收集对应用的影响，提高系统的响应性能。

2、大内存、高并发的应用

大内存、高并发的应用场景、ParNew和CMS的优势。ParNew和CMS收集器的协作，也适用于大内存、高并发的应用场景，例如大规模分布式系统、云计算平台等。这些应用对系统的内存管理和垃圾回收提出了较高的要求。ParNew收集器的多线程并发特性和CMS收集器的低停顿特性，能够充分发挥多核处理器的优势，提高系统的吞吐量和响应性能。

六、ParNew与CMS的局限性

1、内存碎片问题

虽然CMS收集器能够有效地减少垃圾收集的停顿时间，但其基于标记-清除算法的回收方式，可能会产生内存碎片问题。内存碎片会导致内存利用率下降，甚至可能导致无法为大对象分配连续内存空间，从而触发Full GC，影响系统性能。

2、CPU资源消耗

多线程并发带来的CPU资源消耗、应用性能的影响。ParNew收集器的多线程并发特性，虽然能够加快年轻代垃圾回收的速度，但也会消耗大量的CPU资源。CMS收集器的并发标记和清除，同样会占用一定的CPU资源。在CPU资源较为紧张的情况下，ParNew和CMS的垃圾回收过程，可能会对应用性能产生一定的影响。

3、长时间停顿问题

在某些极端情况下，CMS收集器可能会出现长时间停顿问题。例如，当老年代内存使用率较高，且内存碎片较多时，CMS收集器可能会触发Full GC，进行内存压缩和整理，从而导致长时间的停顿，影响系统的响应性能。

七、ParNew与CMS的替代方案

1、G1垃圾收集器

G1垃圾收集器是一个面向服务端应用的新一代垃圾收集器，能够在有限的停顿时间内，进行高效的垃圾回收。G1收集器将整个堆内存划分为多个区域（Region），通过并发标记、复制和整理，减少内存碎片，提高内存利用率。相比于ParNew和CMS，G1收集器能够更好地处理大内存和高并发的应用场景，减少垃圾收集的停顿时间。

2、ZGC垃圾收集器

ZGC（Z Garbage Collector）是一个低延迟、高吞吐量的垃圾收集器，适用于大内存、高并发的应用场景。ZGC采用基于区域的内存管理和并发标记、并发整理的回收方式，能够在低于10ms的停顿时间内，进行高效的垃圾回收。相比于ParNew和CMS，ZGC能够更好地处理内存碎片问题，减少垃圾收集的停顿时间，提高系统的响应性能。

八、总结

总结ParNew和CMS的协作、优势和局限性、应用场景和替代方案。ParNew和CMS的协作，通过分别处理年轻代和老年代的垃圾回收任务，减少了垃圾收集的停顿时间，提高了系统的响应性能。ParNew收集器的多线程并发特性，能够加快年轻代垃圾回收的速度；CMS收集器的并发标记和清除，能够减少老年代垃圾回收的停顿时间。然而，ParNew和CMS也存在一些局限性，例如内存碎片问题和CPU资源消耗。在某些应用场景中，可以考虑使用G1或ZGC等新的垃圾收集器，进一步优化垃圾回收性能，提高系统的响应能力。