GC和GC Tuning

yacoding
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GC的基础知识

1.什么是垃圾

C语言申请内存：malloc free

C++： new delete

c/C++ 手动回收内存

Java: new ？

自动内存回收，编程上简单，系统不容易出错，手动释放内存，容易出两种类型的问题：

  1. 忘记回收
  2. 多次回收 没有任何引用指向的一个对象或者多个对象（循环引用）

2.如何定位垃圾

  1. 引用计数（ReferenceCount）
  2. 根可达算法(RootSearching)

3.常见的垃圾回收算法

  1. 标记清除(mark sweep) - 位置不连续 产生碎片 效率偏低（两遍扫描）
  2. 拷贝算法 (copying) - 没有碎片，浪费空间
  3. 标记压缩(mark compact) - 没有碎片，效率偏低（两遍扫描，指针需要调整）

4.JVM内存分代模型（用于分代垃圾回收算法）

  1. 部分垃圾回收器使用的模型

    除Epsilon ZGC Shenandoah之外的GC都是使用逻辑分代模型

    G1是逻辑分代，物理不分代

    除此之外不仅逻辑分代，而且物理分代

  2. 新生代 + 老年代 + 永久代（1.7）Perm Generation/ 元数据区(1.8) Metaspace

    1. 永久代 元数据 - Class
    2. 永久代必须指定大小限制 ，元数据可以设置，也可以不设置，无上限（受限于物理内存）
    3. 字符串常量 1.7 - 永久代，1.8 - 堆
    4. MethodArea逻辑概念 - 永久代、元数据

  3. 新生代 = Eden + 2个suvivor区

    1. YGC回收之后，大多数的对象会被回收，活着的进入s0
    2. 再次YGC，活着的对象eden + s0 -> s1
    3. 再次YGC，eden + s1 -> s0
    4. 年龄足够 -> 老年代 （15 CMS 6）
    5. s区装不下 -> 老年代

  4. 老年代

    1. 顽固分子
    2. 老年代满了FGC Full GC

  5. GC Tuning (Generation)

    1. 尽量减少FGC
    2. MinorGC = YGC
    3. MajorGC = FGC

  6. 对象分配过程图

image.png

5.常见的垃圾回收器

image.png

  1. JDK诞生 Serial追随 提高效率，诞生了PS，为了配合CMS，诞生了PN，CMS是1.4版本后期引入，CMS是里程碑式的GC，它开启了并发回收的过程，但是CMS毛病较多，因此目前任何一个JDK版本默认是CMS 并发垃圾回收是因为无法忍受STW

  2. Serial 年轻代 串行回收

  3. PS 年轻代 并行回收

  4. ParNew 年轻代 配合CMS的并行回收

  5. SerialOld

  6. ParallelOld

  7. ConcurrentMarkSweep 老年代 并发的， 垃圾回收和应用程序同时运行，降低STW的时间(200ms) CMS问题比较多，所以现在没有一个版本默认是CMS，只能手工指定 CMS既然是MarkSweep，就一定会有碎片化的问题，碎片到达一定程度，CMS的老年代分配对象分配不下的时候，使用SerialOld 进行老年代回收 想象一下： PS + PO -> 加内存 换垃圾回收器 -> PN + CMS + SerialOld（几个小时 - 几天的STW） 几十个G的内存，单线程回收 -> G1 + FGC 几十个G -> 上T内存的服务器 ZGC 算法：三色标记 + Incremental Update

  8. G1(10ms) 算法：三色标记 + SATB

  9. ZGC (1ms) PK C++ 算法：ColoredPointers + LoadBarrier

  10. Shenandoah 算法：ColoredPointers + WriteBarrier

  11. Eplison

  12. PS 和 PN区别的延伸阅读： ▪docs.oracle.com/en/java/jav…

  13. 垃圾收集器跟内存大小的关系

    1. Serial 几十兆
    2. PS 上百兆 - 几个G
    3. CMS - 20G
    4. G1 - 上百G
    5. ZGC - 4T - 16T（JDK13）

1.8默认的垃圾回收：PS + ParallelOld

常见垃圾回收器组合参数设定：(1.8)

  • -XX:+UseSerialGC = Serial New (DefNew) + Serial Old

    • 小型程序。默认情况下不会是这种选项，HotSpot会根据计算及配置和JDK版本自动选择收集器

  • -XX:+UseParNewGC = ParNew + SerialOld

  • -XX:+UseConc(urrent)MarkSweepGC = ParNew + CMS + Serial Old

  • -XX:+UseParallelGC = Parallel Scavenge + Parallel Old (1.8默认) 【PS + SerialOld】

  • -XX:+UseParallelOldGC = Parallel Scavenge + Parallel Old

  • -XX:+UseG1GC = G1

  • Linux中没找到默认GC的查看方法，而windows中会打印UseParallelGC

    • java +XX:+PrintCommandLineFlags -version
    • 通过GC的日志来分辨

  • Linux下1.8版本默认的垃圾回收器到底是什么？

    • 1.8.0_181 默认（看不出来）Copy MarkCompact
    • 1.8.0_222 默认 PS + PO

JVM调优第一步，了解JVM常用命令行参数

  • JVM的命令行参数参考：docs.oracle.com/javase/8/do…

  • HotSpot参数分类

    标准： - 开头，所有的HotSpot都支持

    非标准：-X 开头，特定版本HotSpot支持特定命令

    不稳定：-XX 开头，下个版本可能取消

    java -version

    java -X

import java.util.List;
import java.util.LinkedList;

public class HelloGC {
  public static void main(String[] args) {
    System.out.println("HelloGC!");
    List list = new LinkedList();
    for(;;) {
      byte[] b = new byte[1024*1024];
      list.add(b);
    }
  }
}
  1. 区分概念：内存泄漏memory leak，内存溢出out of memory
  2. java -XX:+PrintCommandLineFlags HelloGC
  3. java -Xmn10M -Xms40M -Xmx60M -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC HelloGC PrintGCDetails PrintGCTimeStamps PrintGCCauses
  4. java -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintCommandLineFlags HelloGC
  5. java -XX:+PrintFlagsInitial 默认参数值
  6. java -XX:+PrintFlagsFinal 最终参数值
  7. java -XX:+PrintFlagsFinal | grep xxx 找到对应的参数
  8. java -XX:+PrintFlagsFinal -version |grep GC
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