【JVM】十五、详解ParNew垃圾回收器的工作原理

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我们将深入研究常见的新生代和老年代垃圾回收器的运行原理，并探讨常见的垃圾回收参数设置方法。同时，结合案例，我们将研究在上线新系统时，如何通过预估手段和方法提前对系统的垃圾回收参数进行合理设置，以提高系统性能。

1、前文回顾

在之前的文章中，我们已经详细梳理了JVM的核心运行原理，相信大家现在对以下几个方面有了更深入的了解：

  1. 对象的分配过程：对象是如何在新生代进行分配的，以及何时会触发Minor GC。
  2. 内存检查：在触发Minor GC之前，如何检查老年代可用内存大小和新生代对象大小，以及历次Minor GC之后升入老年代的平均对象大小。
  3. 触发机制：在什么情况下，Minor GC之前会提前触发Full GC，以及何时会直接触发Minor GC。
  4. 对象晋升：在Minor GC之后，有哪几种情况会导致对象进入老年代。
  5. 垃圾回收概念：大家也对垃圾回收器、垃病回收线程、垃圾回收算法之间的关系有了初步了解，包括垃圾回收过程中的“Stop the World”现象及其对系统性能的影响。

接下来，我们将深入研究常见的新生代和老年代垃圾回收器的运行原理，并探讨常见的垃圾回收参数设置方法。同时，结合案例，我们将研究在上线新系统时，如何通过预估手段和方法提前对系统的垃圾回收参数进行合理设置，以提高系统性能。

2、新生代垃圾回收的首选：ParNew

在过往的多年里，如果没有最新的G1垃圾回收器，通常在线系统都是使用ParNew垃圾回收器作为新生代的垃圾回收器。然而，即便现在有了G1，许多在线系统仍然选择使用ParNew。

一般来说，运行在服务器上的Java系统，都可以充分利用服务器的多核CPU的优势。因此，我们可以想象，如果你的服务器是4核CPU，如果在进行新生代垃圾回收时，仅仅使用单线程进行垃圾回收，是否会导致无法充分利用CPU资源？如下图：

在垃圾回收过程中，如果将所有系统程序的工作线程全部暂停，仅运行一个垃圾回收线程，那么4核CPU的资源将无法得到充分利用。理论上，4核CPU可以支持4个垃圾回收线程并行执行，从而提升性能。

在这种情况下，新生代的ParNew垃圾回收器采用了多线程垃圾回收机制，而另一种Serial垃圾回收器则采用了单线程垃圾回收。它们之间的主要区别在于使用单线程还是多线程进行垃圾回收，但垃圾回收算法本身是相同的。

当ParNew垃圾回收器在适当的时机执行Minor GC时，它会暂停系统程序的工作线程，阻止程序继续运行和创建新的对象。然后，它使用多个垃圾回收线程进行垃圾回收，其回收机制和算法与之前所述相同。

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3、如何配置ParNew垃圾回收器优化线上系统？

在启动线上系统时，我们有多种方式来设置JVM参数。例如，在Eclipse或IntelliJ IDEA中，我们可以设置Debug JVM Arguments；使用“java -jar”命令启动时，可以直接在后面加上JVM参数。当我们将应用部署到Tomcat时，可以在Tomcat的catalina.sh中设定Tomcat的JVM参数。同样，如果使用Spring Boot，也可以在启动时指定JVM参数。

那么，如果我们需要在启动系统时指定使用ParNew垃圾回收器，应该使用什么参数呢？其实非常简单，只需要使用“-XX:+UseParNewGC”选项。只要加入这个选项，JVM启动后对新生代进行垃圾回收的任务就交给了ParNew垃圾回收器。

至于Minor GC的触发时机、检查机制，包括垃圾回收的具体过程，以及对象升入老年代的机制，这些都是我们之前讨论过的原理。但是，我们需要知道的是，ParNew会使用多个线程来进行垃圾回收，这是其一个显著的特点。

4、了解ParNew默认线程数

在现代的服务器部署中，多核CPU的使用已经成为了标准配置。为了在垃圾回收过程中充分利用这些多核CPU的资源，当我们选择使用ParNew垃圾回收器时，系统会默认将其垃圾回收线程的数量设置为与CPU的核数相同。

例如，如果我们的服务器配备了4核、8核或16核的CPU，那么ParNew垃圾回收器的线程数量将分别被设置为4个、8个和16个。这样的设置可以确保垃圾回收过程能够充分并行，提高处理效率。

通常情况下，我们无需手动调整这个线程数量，因为与CPU核数相同的线程数量已经能够实现高效的并行处理。从下面的示意图中，我们可以看到，每个线程都通过一个独立的CPU进行运行，实现了资源的最大化利用。

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在调整JVM的垃圾回收线程数量时，您确实可以自定义ParNew的垃圾回收线程数量。这是通过使用"-XX:ParallelGCThreads"参数来实现的，该参数允许您设置用于执行垃圾回收的线程数。

然而，我们通常不建议随意修改这个参数。因为不恰当的调整可能导致性能问题，甚至可能对系统稳定性造成影响。

5、本文总结

这篇文章篇幅不长，主要介绍一下ParNew垃圾回收器，其实垃圾回收器的工作原理之前上周就全部介绍过了，本文主要就是对ParNew垃圾回收器本身的多线程原理和相关的参数做一些说明。