垃圾回收算法的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：吞吐量、延遲、內(nèi)存，孰輕孰重？
評(píng)估和選擇垃圾回收器時(shí)，不存在一體通用的最優(yōu)解。不同的應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)性能的要求截然不同，因此需要通過一套標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)來衡量垃圾回收算法的特性。通常，關(guān)注三個(gè)主要的、且相互制約的評(píng)價(jià)指標(biāo)：吞吐量（Throughput）、最大暫停時(shí)間（Max Pause Time / Latency）以及堆使用效率（Heap Usage Efficiency）。

吞吐量
在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，吞吐量泛指單位時(shí)間內(nèi)完成的工作量。在垃圾回收的上下文中，吞吐量有一個(gè)更精確的定義：應(yīng)用程序代碼運(yùn)行時(shí)間占總運(yùn)行時(shí)間（應(yīng)用程序代碼運(yùn)行時(shí)間 + GC運(yùn)行時(shí)間）的比例。其公式為：

Throughput= Application Time+GC Time/Application Time

高吞吐量意味著垃圾回收占用的處理器時(shí)間片較少，應(yīng)用程序能夠?qū)⒏嗟挠?jì)算資源投入到執(zhí)行實(shí)際的業(yè)務(wù)邏輯中。因此，對(duì)于那些追求極致計(jì)算性能、對(duì)單次暫停不敏感的后臺(tái)計(jì)算密集型任務(wù)，如科學(xué)計(jì)算、大數(shù)據(jù)批處理、ETL作業(yè)等，應(yīng)優(yōu)先選擇以高吞吐量為目標(biāo)的垃圾回收器（如Parallel GC）。這類應(yīng)用的最終目標(biāo)是盡快完成整個(gè)任務(wù)，即使過程中有幾次較長(zhǎng)的停頓也是可以接受的。

最大暫停時(shí)間
最大暫停時(shí)間是指垃圾回收過程中應(yīng)用程序的最長(zhǎng)停頓時(shí)間。在垃圾回收過程中，應(yīng)用程序的線程可能會(huì)被暫停，以便垃圾回收線程可以找到并清理無用的對(duì)象。如果暫停時(shí)間過長(zhǎng)，用戶可能會(huì)感到應(yīng)用程序卡頓或無響應(yīng)。
因此，對(duì)于需要快速響應(yīng)的應(yīng)用程序，如用戶界面、在線交易系統(tǒng)或?qū)崟r(shí)系統(tǒng)，應(yīng)選擇最大暫停時(shí)間短的垃圾回收算法。例如，一些并發(fā)和增量垃圾回收算法就是通過犧牲一部分吞吐量來降低最大暫停時(shí)間。
最大暫停時(shí)間，也常被稱為延遲（Latency），是指在整個(gè)垃圾回收周期中，由“Stop-the-world”導(dǎo)致的應(yīng)用程序最長(zhǎng)的一次停頓時(shí)間。在STW期間，所有應(yīng)用線程都會(huì)被完全凍結(jié)，無法響應(yīng)任何外部請(qǐng)求或執(zhí)行任何任務(wù)。這種暫停會(huì)直接影響應(yīng)用的響應(yīng)性。如果暫停時(shí)間過長(zhǎng)，用戶可能會(huì)感到界面卡頓、請(qǐng)求超時(shí)或系統(tǒng)無響應(yīng)，這在交互式應(yīng)用中是致命的。
因此，對(duì)于需要與用戶實(shí)時(shí)交互或?qū)憫?yīng)時(shí)間有嚴(yán)格要求的應(yīng)用，如Web服務(wù)器、在線交易系統(tǒng)、微服務(wù)網(wǎng)關(guān)，控制最大暫停時(shí)間是首要目標(biāo)。開發(fā)者會(huì)選擇那些旨在縮短停頓時(shí)間的垃圾回收器，例如CMS、G1，乃至以超低延遲為目標(biāo)的ZGC和Shenandoah。

堆使用效率
堆使用效率衡量的是垃圾回收算法對(duì)Java堆內(nèi)存的利用情況。一個(gè)高效率的垃圾回收算法，可以用更少的內(nèi)存空間來支撐同樣規(guī)模的應(yīng)用運(yùn)行，或者說，在給定的堆大小下，留給應(yīng)用程序自由分配的“凈空間”更大。
影響堆使用效率的因素主要有兩個(gè)方面：
1）垃圾回收自身的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)開銷：例如，G1需要使用記憶集（Remembered Sets）來記錄跨區(qū)引用，這會(huì)占用一部分堆內(nèi)存。
2）堆的碎片化程度：一些不帶壓縮整理階段的垃圾回收算法（如CMS）會(huì)產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存碎片，導(dǎo)致雖然總的空閑內(nèi)存很多，但沒有足夠大的連續(xù)空間來分配一個(gè)大對(duì)象，從而提前觸發(fā)Full GC。
提高堆使用效率通常也需要付出代價(jià)。例如，為了進(jìn)行空間整理以消除碎片，垃圾回收器需要移動(dòng)大量對(duì)象，這會(huì)增加處理器的消耗和暫停時(shí)間?？偟膩碚f，堆使用效率、吞吐量和最大暫停時(shí)間構(gòu)成了一個(gè)“不可能三角”，無法同時(shí)將三者都優(yōu)化到極致。
一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)驗(yàn)法則是：更大的堆內(nèi)存通常能帶來更短的垃圾回收時(shí)間和更高的吞吐量，因?yàn)槔厥湛梢越档瓦\(yùn)行頻率，且有更多空間進(jìn)行對(duì)象騰挪；反之，若要在有限的堆內(nèi)存下運(yùn)行，垃圾回收必然會(huì)更加頻繁和耗時(shí)，從而影響吞吐量和延遲。

未完待續(xù)

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