面试题: 为什么 Java 中某些新生代和老年代的垃圾收集器不能组合使用?比如 ParNew 和 Parallel Old

在Java中,年轻代(Young Generation)老年代(Old Generation)的垃圾收集器(GC)需要协同工作,以确保整个堆内存的高效管理。然而,并不是所有的年轻代和老年代收集器都可以组合使用。某些组合(如 ParNew 和 Parallel Old)是不兼容的,主要原因包括以下几点:


1. 设计目标和实现机制不同

不同的垃圾收集器有不同的设计目标和实现机制,导致它们无法协同工作。

  • ParNew
    • 是年轻代的垃圾收集器,是Serial收集器的多线程版本。
    • 设计目标是与**CMS(Concurrent Mark-Sweep)**配合使用,专注于低停顿时间。
    • 使用复制算法来管理年轻代。
  • Parallel Old
    • 是老年代的垃圾收集器,是Parallel Scavenge的老年代版本。
    • 设计目标是与Parallel Scavenge配合使用,专注于高吞吐量。
    • 使用标记-整理算法来管理老年代。

由于ParNew和Parallel Old的设计目标和实现机制不同,它们的内部数据结构和内存管理方式无法兼容,因此不能组合使用。


2. 内存管理方式不兼容

年轻代和老年代的垃圾收集器需要共享堆内存的管理信息,而不同的收集器对堆内存的管理方式可能不同。

  • ParNew
    • 是为与CMS配合使用而设计的,CMS使用并发标记-清除算法,不会对老年代进行压缩。
    • ParNew需要与CMS共享一些内部数据结构(如卡表,Card Table),以支持并发标记。
  • Parallel Old
    • 是为与Parallel Scavenge配合使用而设计的,使用标记-整理算法,会对老年代进行压缩。
    • Parallel Old需要与Parallel Scavenge共享一些内部数据结构,以支持高吞吐量的内存管理。

由于ParNew和Parallel Old的内存管理方式不兼容,它们无法共享堆内存的管理信息,因此不能组合使用。


3. 垃圾回收策略不匹配

不同的垃圾收集器有不同的垃圾回收策略,导致它们无法协同工作。

  • ParNew + CMS
    • 专注于低停顿时间,适合需要快速响应的应用。
    • CMS的并发回收机制与ParNew的年轻代回收机制是紧密集成的。
  • Parallel Scavenge + Parallel Old
    • 专注于高吞吐量,适合需要大量计算的应用。
    • Parallel Scavenge和Parallel Old的回收机制是紧密集成的。

由于ParNew和Parallel Old的垃圾回收策略不匹配,它们无法协同工作。


4. JVM的实现限制

JVM在实现垃圾收集器时,对年轻代和老年代收集器的组合有一定的限制。某些组合在JVM中并没有实现支持,因此无法使用。

  • ParNew 只能与 CMS 或 Serial Old 组合使用。
  • Parallel Scavenge 只能与 Parallel Old 组合使用。
  • G1 是独立的,不需要与其他收集器组合。

总结

ParNew和Parallel Old不能组合使用的主要原因包括:

  1. 设计目标和实现机制不同:ParNew专注于低停顿时间,而Parallel Old专注于高吞吐量。
  2. 内存管理方式不兼容:ParNew需要与CMS共享数据结构,而Parallel Old需要与Parallel Scavenge共享数据结构。
  3. 垃圾回收策略不匹配:ParNew和Parallel Old的回收策略无法协同工作。
  4. JVM的实现限制:JVM没有实现对ParNew和Parallel Old组合的支持。

因此,在选择垃圾收集器组合时,需要根据JVM的兼容性规则和应用的需求(如低停顿时间或高吞吐量)进行合理配置。常见的有效组合包括:

  • Serial + Serial Old:适用于单线程环境或小型应用。
  • ParNew + CMS:适用于注重低停顿时间的应用。
  • Parallel Scavenge + Parallel Old:适用于注重吞吐量的应用。
  • G1:适用于大内存、低停顿时间的应用。
THE END
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