5.JVM层GC调优

JVM与调优 imooc JVM Markdown

JVM的内存结构

运行时数据区

方法区          （共享）
堆              （共享）
虚拟机栈         （私有）
本地方法栈       （私有）
程序计数器（PC）  （私有）

程序计数器PC Register
JVM支持多线程同时运行，每个线程有自己的PC Register，线程正在执行的方法叫做当前方法，如果是java代码，PC Register里面存放的就是当前正在执行的指令的地址。如果是C代码，则为空。

虚拟机栈JVM Stacks
Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks) 是线程私有的，生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

堆Heap
Java堆是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象示例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。
Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。
堆的优势是可以在运行时动态地分配内存空间，不必事先告诉编译器。

方法区Method Area
方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的是与Java堆区分开来。对应于jdk1.8 的MetaSpace。

tips: 常量池Run-Time Constant Pool
运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。

本地方法栈Native Method Stacks
本地方法栈（Native Method Stack）与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

非堆区： 是操作系统的本地内存，独立于JVM之外的
Metaspace= Class、Package、Method、Field、字节码、常量池、符号引用等等
CCS: 32位指针的Class
CodeCache: JIT编译后的本地代码、JNI使用的C代码

常用参数

-Xms  -Xmx
-XX:NewSize -XX:MaxNewSize (新生代的大小/最大的大小)
-XX:NewRatio(New区和Old区比例) -XX:SurvivorRatio (Eden区和Survivor区比例)
-XX:MetaspaceSize -XX:MaxMetaspaceSize (指定Metaspace大小)    
-XX:+UseCompressedClassPointers(是否启用压缩的类指针)
-XX:CompressedClassSpaceSize(设置压缩类指针的内存大小，默认1G)
-XX:InitialCodeCacheSize    
-XX:ReservedCodeCacheSize

常用垃圾回收算法

思想：枚举根节点，做可达性分析
根节点：类加载器、Thread、虚拟机栈的本地变量表、static成员、常量引用、本地方法栈的变量等等。

标记清除算法

  • 算法思想：
    算法分为”标记“和”清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有。
  • 缺点：
    效率不高。标记和清除两个过程效率都不高。容易产生碎片（可能不连续），碎片太多会导致提前GC。

复制

  • 算法思想：
    它将可用内存按容量划分位大小相等的两块，每次只使用其中的一块。当这一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。（Survivor1 和Survivor2就是采用复制算法）
  • 优缺点：
    实现简单，运行搞笑，但是空间利用率低。

标记整理

  • 算法思想：
    标记过程仍然与“标记-清除” 算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存。
  • 优缺点：
    没有了内存碎片。但是整理内存比较耗时。

分代垃圾回收

Young区用复制算法
Old区用标记清除或者标记整理

对象分配

对象优先在Eden区分配
大对象直接进入老年代：-XX:PretenureSizeThreshold (通过这个参数)，超过这个参数的值，进入老年代
长期存活对象进入老年代：-XX:MaxTenuringThreshold -XX:+PrintTenuringDistribution -XX:TargetSuivivorRatio

垃圾收集器

串行收集器Serial:Serial、Serial Old
并行收集器Parallel:Parallel Scavenge、Parallel Old、（吞吐量优先）    
并发收集器Concurrent:CMS、G1、（停顿时间优先）

tips: 并行 vs 并发

并行（Parallel）：指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。适合科学计算、后台处理等弱交互场景。
并发（Concurrent）：指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），垃圾收集线程在执行的时候不会停顿用户程序的运行。适合对响应时间有要求的场景，比如Web。

tips: 停顿时间 vs 吞吐量

停顿时间：垃圾收集器做垃圾回收中断应用执行的时间。-XX:MaxGCPauseMillis
吞吐量：花在垃圾收集的时间和花在应用时间的占比。-XX:GCTimeRatio=<n>，垃圾收集时间占比：1/1+n。

串行收集器

-XX:+UseSerialGC
-XX:+UseSerialOldGC

并行收集器

吞吐量优先
-XX:+UseParallelGC、-XX:+UseParallelOldGC
Server模式下的默认收集器（总共client、server两种，默认超过2G，会启动Server）

并发收集器

响应时间优先
CMS：-XX:+UseConcMarkSweepGC (old区方式) -XX:+UseParNewGC （young区方式）
G1： -XX:+UseG1GC

垃圾收集器搭配

image.png

只有有连线就可以搭配使用，java8推荐使用G1（Young区、Old区都可以使用）

如何选择垃圾收集器

  • 优先调整堆的大小让服务器自己来选择
  • 如果内存小于100M，使用串行收集器
  • 如果是单核，并且没有停顿时间的要求，串行或者JVM自己选
  • 如果允许停顿时间超过1秒，选择并行或者JVM自己选
  • 如果响应时间最重要，并且不能超过1秒，使用并发收集器

Parallel Collector

-XX:+UseParallelGC 手动开启，Server默认开启
-XX:ParallelGCThreads=<N> 多少个GC线程
CPU > 8 N = 5 / 8
CPU < 8N = CPU

Parallel Collector Ergonomics(自适应)

-XX:MaxGCPauseMillis=<N>
-XX:GCTimeRatio=<N>
-Xmx<N>
Ergonomics 方式需要动态调整每个区的条件，性能不是最好。

动态内存调整

-XX:YoungGenerationSizeIncrement=<Y> 默认20%
-XX:TenuredGenerationSizeIncrement=<T> 默认20%
-XX:AdaptiveSizeDecrementScaleFactor=<D> 默认4%
使用比较少。

CMS Collector

  • 并发收集
  • 低停顿 低延迟
  • 老年代收集器

CMS垃圾收集过程

  1. CMS initial mark :初始标记Root,STW
  2. CMS Concurrent mark: 并发标记
  3. CMS-concurrent-preclean: 并发预清理
  4. CMS remark: 重新标记，STW
  5. CMS concurrent-sweep:并发清除
  6. CMS-concurrent-reset:并发重置

CMS的缺点

CPU敏感（GC与应用一起使用）
浮动垃圾
空间碎片

CMS的相关参数

-XX:ConcGCThreads: 并发的GC线程数
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection: FullGC之后做压缩
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction: 多少次FullGC之后压缩一次
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction: 触发FullGC （默认92%old区垃圾）
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly:是否动态调
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark: FullGC之前先做YGC（调优参数，通常会打开）
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled: 启用回收Perm区（1.7之前）

iCMS (增量的CMS)

适用于单核或双核（1.8已经废弃）

G1 Collector （1.8主流、1.9默认，并将CMS过时）

The Garbage-First (G1) collector is a server-style garbage collector, targeted for multi-processor machines with large memories. It meets garbage collection (GC) pause time goals with a high probability, while achieving high throughput. The G1 garbage collector is fully supported in Oracle JDK 7 update 4 and later releases. This means heap sizes of around 6GB or larger,and a stable and predictable pause time below 0.5 seconds.

新生代和老生代收集器

G1的几个概念

Region
SATB: Snapshot-At-The-Begining,它是通过Root Tracing得到的，GC开始时候存活对象的快照。
RSet:记录了其他Region中的对象引用本Region中对象的关系，属于points-into结构（谁引用了我的对象）

YoungGC

新对象进入Eden区
存活对象拷贝到Survivor区
存活时间达到年龄阈值时，对象晋升到Old区
以上 阶段和通常的GC收集器一致

MixedGC

不是FullGC，回收所有的Young和部分Old
global concurrent marking

global concurrent marking

  1. Initial marking phase: 标记GC Root，STW
  2. Root region scanning phase: 标记存活Region
  3. Concurrent marking phase: 标记存活的对象
  4. Remark phase: 重新标记，STW
  5. Cleanup phase：部分STW

MixedGC时机

  • InitiatingHeapOccupancyPercent:
    堆占用率达到这个数值则触发global concurrent marking，默认45%

  • G1HeapWastePercent:
    在global concurrent marking结束之后，可以知道区有多少空间要被回收，在每次YGC之后和再次发生Mixed GC之前，会检查垃圾占比是否达到此参数，只有达到了，下次才会发生Mixed GC。

MixedGC相关参数

G1MixedGCLiveThresholdPercent:Old区的region被回收时候的存活对象占比
G1MixedGCCountTarget:一次global concurrent marking之后，最多执行Mixed GC的次数。
G1OldCSetRegionThreshodPercent:一次Mixed GC中能被选入CSet的最多old区的region数量
-XX:+UseG1GC: 开启G1
-XX:G1HeapRegionSize=n: region的大小，1-32M，2048个
-XX:MaxGCPauseMillis=200:最大停顿时间
-XX:G1NewSizePervent、-XX:G1MaxNewSizePercent
-XX:G1ReservePercent=10: 保留防止to space溢出
-XX:ParallelGCThreads=n: STW线程数
-XX:ConcGCThreads=n:并发线程数=1/4*并行

G1最佳实践

  • 年轻代大小： 避免使用-Xmn、-XX:NewRatio等显式设置Young区大小，会覆盖暂停时间目标。
  • 暂停时间目标：暂停时间不要太严苛，其吞吐量目标是90%的应用程序时间和10%的垃圾回收时间，太严苛会直接影响到吞吐量。
  • 关于MixedGC调优：
    -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent
    -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent、-XX：G1HeapWastePercent
    -XX:G1MixedGCCountTarget
    -XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent

切换到G1的场景

50%以上的堆被存活对象占用
对象分配和晋升的速度变化非常大
垃圾回收时间特别长，超过了1秒

可视化GC日志工具

  1. 在线工具：http://gceasy.io/
  2. GCViewer

打印日志相关参数

-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintGCDateStamps
-Xloggc:$CATALINA_HOME/logs/gc.log
-XX:+PrintHeapAtGC
-XX:+PrintTenuringDistribution

ParallelGC调优

初始设置

-XX:+DisableExplicitGC (禁用明确GC)
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:+HeapDumpPath=CATALINA_HOME/logs/ -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDataStamps -Xloggc:CATALINA_HOME/logs/gc.log

Parallel GC调优的指导原则

  1. 除非确定，否则不要设置最大堆内存
  2. 优先设置吞吐量目标
  3. 如果吞吐量目标达不到，调大最大内存，不能让OS使用Swap，如果仍然达不到，降低目标。
  4. 吞吐量能达到，GC时间太长，设置停顿时间的目标。

ParallelGC调优（参考）

  • 设置Metaspace大小
    -XX:MetaspaceSize=64M -XX:MaxMetaspaceSize=64M

  • 添加吞吐量和停顿时间参数
    -XX:GCTimeRatio=99 -XX:MaxGCPauseMillis=100

  • 修改动态扩容增量
    -XX:YoungGenerationSizeIncrement=30

G1 GC调优

G1调优相关参数

-XX:+UseG1GC
-Xms128M
-Xmx128M
-XX:MetaspaceSize=64M
-XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:+UseStringDeduplication
-XX:StringDeduplicationAgeThreshold=3

©著作权归作者所有,转载或内容合作请联系作者
  • 人面猴
    序言：七十年代末，一起剥皮案震惊了整个滨河市，随后出现的几起案子，更是在滨河造成了极大的恐慌，老刑警刘岩，带你破解...
    沈念sama阅读 199,711评论 5赞 468
  • 死咒
    序言：滨河连续发生了三起死亡事件，死亡现场离奇诡异，居然都是意外死亡，警方通过查阅死者的电脑和手机，发现死者居然都...
    沈念sama阅读 83,932评论 2赞 376
  • 救了他两次的神仙让他今天三更去死
    文/潘晓璐 我一进店门，熙熙楼的掌柜王于贵愁眉苦脸地迎上来，“玉大人，你说我怎么就摊上这事。” “怎么了？”我有些...
    开封第一讲书人阅读 146,770评论 0赞 330
  • 道士缉凶录：失踪的卖姜人
    文/不坏的土叔 我叫张陵，是天一观的道长。 经常有香客问我，道长，这世上最难降的妖魔是什么？ 我笑而不...
    开封第一讲书人阅读 53,799评论 1赞 271
  • 港岛之恋（遗憾婚礼）
    正文 为了忘掉前任，我火速办了婚礼，结果婚礼上，老公的妹妹穿的比我还像新娘。我一直安慰自己，他们只是感情好，可当我...
    茶点故事阅读 62,697评论 5赞 359
  • 恶毒庶女顶嫁案：这布局不是一般人想出来的
    文/花漫 我一把揭开白布。 她就那样静静地躺着，像睡着了一般。 火红的嫁衣衬着肌肤如雪。 梳的纹丝不乱的头发上，一...
    开封第一讲书人阅读 48,069评论 1赞 276
  • 城市分裂传说
    那天，我揣着相机与录音，去河边找鬼。 笑死，一个胖子当着我的面吹牛，可吹牛的内容都是我干的。 我是一名探鬼主播，决...
    沈念sama阅读 37,535评论 3赞 390
  • 双鸳鸯连环套：你想象不到人心有多黑
    文/苍兰香墨 我猛地睁开眼，长吁一口气：“原来是场噩梦啊……” “哼！你这毒妇竟也来了？” 一声冷哼从身侧响起，我...
    开封第一讲书人阅读 36,200评论 0赞 254
  • 万荣杀人案实录
    序言：老挝万荣一对情侣失踪，失踪者是张志新（化名）和其女友刘颖，没想到半个月后，有当地人在树林里发现了一具尸体，经...
    沈念sama阅读 40,353评论 1赞 294
  • 护林员之死
    正文 独居荒郊野岭守林人离奇死亡，尸身上长有42处带血的脓包…… 初始之章·张勋 以下内容为张勋视角 年9月15日...
    茶点故事阅读 35,290评论 2赞 317
  • 白月光启示录
    正文 我和宋清朗相恋三年，在试婚纱的时候发现自己被绿了。 大学时的朋友给我发了我未婚夫和他白月光在一起吃饭的照片。...
    茶点故事阅读 37,331评论 1赞 329
  • 活死人
    序言：一个原本活蹦乱跳的男人离奇死亡，死状恐怖，灵堂内的尸体忽然破棺而出，到底是诈尸还是另有隐情，我是刑警宁泽，带...
    沈念sama阅读 33,020评论 3赞 315
  • 日本核电站爆炸内幕
    正文 年R本政府宣布，位于F岛的核电站，受9级特大地震影响，放射性物质发生泄漏。R本人自食恶果不足惜，却给世界环境...
    茶点故事阅读 38,610评论 3赞 303
  • 男人毒药：我在死后第九天来索命
    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一处隐蔽的房顶上张望。 院中可真热闹，春花似锦、人声如沸。这庄子的主人今日做“春日...
    开封第一讲书人阅读 29,694评论 0赞 19
  • 一桩弑父案，背后竟有这般阴谋
    文/苍兰香墨 我抬头看了看天上的太阳。三九已至，却和暖如春，着一层夹袄步出监牢的瞬间，已是汗流浃背。 一阵脚步声响...
    开封第一讲书人阅读 30,927评论 1赞 255
  • 情欲美人皮
    我被黑心中介骗来泰国打工， 没想到刚下飞机就差点儿被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道东北人。 一个月前我还...
    沈念sama阅读 42,330评论 2赞 346
  • 代替公主和亲
    正文 我出身青楼，却偏偏与公主长得像，于是被迫代替她去往敌国和亲。 传闻我的和亲对象是个残疾皇子，可洞房花烛夜当晚...
    茶点故事阅读 41,904评论 2赞 341

推荐阅读更多精彩内容

  • 五、GC收集器续
    第一章 概述 G1(Garbage First)垃圾收集器是当今垃圾回收技术最前沿的成果之一。早在JDK7就已加入...
    城市里永远的学习者阅读 1,121评论 0赞 50
  • 深入JVM内核13 JVM垃圾回收器
    1.垃圾收集器 上图有连线的可以搭配使用如，选ParNew为年轻代收集器，则可选CMS和Serial Old 为老...
    香沙小熊阅读 1,282评论 1赞 17
  • JVM
    JVM架构 当一个程序启动之前，它的class会被类装载器装入方法区(Permanent区)，执行引擎读取方法区的...
    cocohaifang阅读 1,630评论 0赞 7
  • JVM的垃圾收集器与内存分配策略
    Java和C++之间有一堵由内存动态分配和垃圾收集技术所围成的“高墙”，墙外面的人想进来，墙里面的人想出来。 对象...
    胡二囧阅读 1,064评论 0赞 4
  • 浅谈JVM中的垃圾回收
    作者：一字马胡 转载标志 【2017-11-12】 更新日志 日期更新内容备注 2017-11-12新建文章初版 ...
    beneke阅读 2,184评论 0赞 7