JDK8 CMS和G1垃圾回收器对比

1.环境说明

        腾讯云ECS，1核1G，java程序定时爬取某些网站数据并展示，未使用数据库。

2.CMS垃圾回收器

        JVM运行参数：-server -Xms256m -Xmx256m -Xmn192m -XX:NewRatio=1 -XX:SurvivorRatio=5 -XX:TargetSurvivorRatio=90；运行几十分钟后如下图，进程占用总内存约355MB。

root     11002  1.1 36.1 2338368 364164 ?      Sl   12:21   0:51 java -jar -server -Xms256m -Xmx256m -Xmn192m -XX:NewRatio=1 -XX:SurvivorRatio=5 -XX:TargetSurvivorRatio=90 /home/kenick/smartFinancial-manager/smartfinancialmanager.jar --jasypt.encryptor.password=kenick@2020 --spring.profiles.active=cloud

        堆内存分配，新生代内存大小为192MB，老年代为64MB，新生代占堆比例为75%（G1垃圾回收器时参考）。

using thread-local object allocation.
Mark Sweep Compact GC

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 40
   MaxHeapFreeRatio         = 70
   MaxHeapSize              = 268435456 (256.0MB)
   NewSize                  = 201326592 (192.0MB)
   MaxNewSize               = 201326592 (192.0MB)
   OldSize                  = 67108864 (64.0MB)
   NewRatio                 = 1
   SurvivorRatio            = 5
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 0 (0.0MB)

Heap Usage:
New Generation (Eden + 1 Survivor Space):
   capacity = 172621824 (164.625MB)
   used     = 15380448 (14.667938232421875MB)
   free     = 157241376 (149.95706176757812MB)
   8.909909328730068% used
Eden Space:
   capacity = 143917056 (137.25MB)
   used     = 1787728 (1.7049102783203125MB)
   free     = 142129328 (135.5450897216797MB)
   1.242193281107696% used
From Space:
   capacity = 28704768 (27.375MB)
   used     = 13592720 (12.963027954101562MB)
   free     = 15112048 (14.411972045898438MB)
   47.353526772973744% used
To Space:
   capacity = 28704768 (27.375MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 28704768 (27.375MB)
   0.0% used
tenured generation:
   capacity = 67108864 (64.0MB)
   used     = 14206256 (13.548141479492188MB)
   free     = 52902608 (50.45185852050781MB)
   21.168971061706543% used

17304 interned Strings occupying 1441384 bytes.

        堆内存增长如下图，Eden区域由69.04增长到98.07，增长了29.03，花费时间44秒，每秒增长0.659，达到100将花费151.74秒，一次YGC，YGCT增长了21ms，一个月YGCT将达到358.71秒；FGC未记录，按照一天2次，0.156秒来算，一个月FGCT约4.68秒；一个月总停顿时间将达到363.39秒。

[root@VM_0_12_centos logs]# jstat -gcutil 18216 4000
  S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
  0.00   0.00  69.04  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  71.70  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  74.37  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  77.03  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  79.71  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  81.99  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  84.65  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  87.81  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  90.48  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  93.14  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  95.79  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
  0.00   0.00  98.07  22.45  93.48  88.95      3    0.091     2    0.156    0.248
 60.48   0.00   2.43  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00   5.24  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00   8.05  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00   9.92  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00  12.73  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00  19.30  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00  22.11  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00  24.92  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00  27.73  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00  29.60  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268
 60.48   0.00  32.41  22.45  93.78  89.68      4    0.112     2    0.156    0.268

3.G1垃圾回收器        

         JVM运行参数：-server -Xms256m -Xmx256m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:G1NewSizePercent=75 -XX:G1MaxNewSizePercent=90；运行几十分钟后如下图，进程占用总内存约405MB。

root     30701  1.9 41.1 2378172 415180 pts/7  Sl   11:09   0:29 java -jar -server -Xms256m -Xmx256m -XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=200 -XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:G1NewSizePercent=75 -XX:G1MaxNewSizePercent=90 /home/kenick/smartFinancial-manager/smartfinancialmanager.jar --jasypt.encryptor.password=kenick@2020 --spring.profiles.active=cloud

        堆内存分配，新生代内存大小为187+15=192MB，老年代为54MB。

JVM version is 25.232-b09

using thread-local object allocation.
Garbage-First (G1) GC with 1 thread(s)

Heap Configuration:
   MinHeapFreeRatio         = 40
   MaxHeapFreeRatio         = 70
   MaxHeapSize              = 268435456 (256.0MB)
   NewSize                  = 1363144 (1.2999954223632812MB)
   MaxNewSize               = 241172480 (230.0MB)
   OldSize                  = 5452592 (5.1999969482421875MB)
   NewRatio                 = 2
   SurvivorRatio            = 8
   MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)
   CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)
   MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MB
   G1HeapRegionSize         = 1048576 (1.0MB)

Heap Usage:
G1 Heap:
   regions  = 256
   capacity = 268435456 (256.0MB)
   used     = 56098808 (53.49999237060547MB)
   free     = 212336648 (202.50000762939453MB)
   20.89843451976776% used
G1 Young Generation:
Eden Space:
   regions  = 39
   capacity = 196083712 (187.0MB)
   used     = 40894464 (39.0MB)
   free     = 155189248 (148.0MB)
   20.855614973262032% used
Survivor Space:
   regions  = 15
   capacity = 15728640 (15.0MB)
   used     = 15728640 (15.0MB)
   free     = 0 (0.0MB)
   100.0% used
G1 Old Generation:
   regions  = 0
   capacity = 56623104 (54.0MB)
   used     = 0 (0.0MB)
   free     = 56623104 (54.0MB)
   0.0% used

14777 interned Strings occupying 1444424 bytes.

         堆内存增长如下图，Eden区域由69.52增长到92.51，增长了22.99，花费时间48秒，每秒增长0.478，达到100将花费209.20秒，一次YGC，YGCT增长了60ms，一个月YGCT将达到743.40秒；FGC为0；一个月总停顿时间将达到743.40秒。

[root@VM_0_12_centos ~]# jstat -gcutil 30701 4000
  S0     S1     E      O      M     CCS    YGC     YGCT    FGC    FGCT     GCT   
  0.00 100.00  69.52   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  71.66   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  73.80   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  75.40   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  77.54   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  79.14   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  81.28   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  83.42   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  85.03   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  87.17   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  88.77   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  90.91   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00  92.51   0.00  93.26  88.82      4    0.230     0    0.000    0.230
  0.00 100.00   0.56  17.16  93.69  88.58      5    0.290     0    0.000    0.290
  0.00 100.00   2.25  17.16  93.69  88.58      5    0.290     0    0.000    0.290
  0.00 100.00   4.49  17.16  93.69  88.58      5    0.290     0    0.000    0.290
  0.00 100.00   6.18  17.16  93.69  88.58      5    0.290     0    0.000    0.290

4.总结

        当前环境下，使用G1垃圾回收器的好处是发生FGC的频率比CMS频率低很多（老年代内存差不多），发生YGC的频率比CMS略低，jvm整体最大停顿时间有保障（不超过200ms）；缺点是：YGC花费的时间大幅增加，单次YGC需花费60ms,而CMS只需要21ms。

        从CMS角度考虑，优点：单次YGC花费时间更小，是G1的一半左右，长期节省累积的停顿时间很客观；可灵活调整堆中内存分配。缺点：FGC频率比G1高一些，不能保障最大停顿时间，需要根据业务情况配置堆内存分配才能达到最好效果。

        关于G1的新生代GC说明如下：

        新生代GC的主要工作是回收eden区和survivor区。一旦eden区被占满，新生代GC就会启动。新生代GC收集前后的堆数据如图5.6所示，其中E表示eden区，S表示survivor区，O表示老年代。可以看到，新生代GC只处理eden和survivor区，回收后，所有的eden区都应该被清空，而survivor区会被收集一部分数据，但是应该至少仍然存在一个survivor区，类比其他的新生代收集器，这一点似乎并没有太大变化。另一个重要的变化是老年代的区域增多，因为部分survivor区或者eden区的对象可能会晋升到老年代。

       什么时候该用CMS，什么时候该用G1呢？个人建议：JVM大内存（6GB以上），使用G1，可保障停顿时间，不需要详细划分老年代和新生代比例；JVM小内存（6GB以下），使用CMS。