谈谈实战中的JVM优化（三：GC优化）

maker张
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以下无特殊说明，都是针对于HotSpot虚拟机。

GC的定义

垃圾回收，也就是在我们JVM程序中新创建的不作为任何用途去使用的对象。

怎么确认是垃圾？

可达性分析算法： 如果某个对象到达"GC Roots"根对象没有任何引用链相关联，也就是从GC Roots到这个对象不可达，则该对象被认为不可能再被使用。

GC Roots对象包含：虚拟机栈中引用的对象、方法区中静态属性引用的对象、方法区中常量引用的对象等等。另外还有“计数算法”，感兴趣的朋友可以自行了解。

强弱软虚

按照可达性算法，没有GC Roots的引用就是垃圾，这样对于程序设计来说，有点太过绝对，尤其是我们需要保留这些垃圾在内存足够的时候不回收，在特别紧张的时候才回收（常见如：缓存数据），JDK1.2后，扩展了引用的概念，主要包含以下四类：

1：强引用

是程序中普遍存在的引用赋值（比如：Object o = new Object()）,这种对象，垃圾回收器永远不会回收。

2：软引用

用来描述一些还有用，但并非必须的对象。

系统将要发生内存溢出的时候，会对这些对象进行回收，如果这次回收还异常，才会报内存异常。（jdk1.2提供SoftReference来实现软引用）

3：弱引用

它的强度比软引用更弱，它是在垃圾回收开始工作，无论内存是否足够，都会被回收掉。（jdk1.2提供WeakReference来实现）

4：虚引用

是最弱的一种引用关系。一个对象是否有虚引用的存在，完全不会对其生存时间构成影响，也无法通过虚引用来取得一个对象实例。为一个对象设置虚引用，主要是为了能在这个对象被收集器回收时能收到一个系统通知。

finalize()方法

对象可达性分析后发现没有“GC Roots”的引用链后，会被第一次标记为可回收对象，随后会进行一次筛选，筛选此对象是否有必要执行“finalize()”方法，如果有就放置到一个名为 “F-Queue”的队列中，最后由一条JVM创建的、低调度优先级的线程去执行他们的"finalize()"方法，并且这里的执行是触发这个方法开始运行，并不承诺一定等待它运行结束（因为如果某个对象执行缓慢，甚至死循环，会导致FQueue其他对象无法运行，甚至导致整个内存回收子系统的崩溃），并且任何一个对象的finalize()调用只有一次。

总之不推荐使用，因为不会管它是否允许结束，很不稳定。

方法区的垃圾

必须同时满足这三个条件，才被允许回收：

1：该类的所有实例已被回收。

2：加载该类的类加载器已被回收。

3：该类对应的java.lang.class对象没有任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

在大量反射、动态代理、CGlib等字节码框架，动态生成JSP及OSGi这类频繁自定义类加载器的场景中，需要对类卸载的能力。

常用的垃圾回收器与调优参数

Serial回收器

新生代单线程回收器，在它回收的时候，必须暂停所有工作线程。

-XX:+UseSerialGC

ParNew回收器

新生代的Serial的多线程并行版本

-XX:+UseParNewGC

Parallel Scavenge回收器

新生代，能多线程的收集器，他比其他收集器不同的是， 他目标是达到一个可控的吞吐量的目标。（开发设定一个堆内存大小后，其他的就设置停顿时间和吞吐量大小就好了，其他的都自适应）

-XX:+UseParallelGC -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 打开自适应GC调节策略 -XX:MaxGCPauseMills 设置最大垃圾收集停顿时间，会根据这个值调整Java堆大小或者其他一些参数 -XX:GCTimeRatio 设置吞吐量大小，值是0-100的整数，如果设置的值是N，那么系统将花费不超过1/(1+n)的时间用于垃圾收集。

Serial Old回收器

老年代的Serial收集器，标记整理算法。

Parallel Old回收器

Parallel Scavenge的老年代版本（调优参数可参照上面ParallelGC)

-XX:+UseParallelOldGC

CMS回收器

老年代的，以获取最短回收停顿时间为目标的“标记清除”算法收集器。

优点：

并发低停顿收集器。

缺点：

1：产生浮动垃圾。GC的时候由新对象加入。

2：由于是标记清除算法，会产生空间碎片，需要配置处理。

3：会占用一部分线程资源而导致应用程序变慢，CMS默认启动的回收线程数是=（处理器核心线程数+3）/4，也就是25%的影响，如果处理器核心线程数不足4个的时候就对用户程序影响很大了。

-XX:+UseConcMarkSweepGC

-XX:ParallelGCThreads

CMS回收线程=(ParallecGCtThreads+3)/4

-XX:ParallelCMSThreads

CMS垃圾回收线程数

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction

当老年代空间使用率达到多少时，进行一次CMS垃圾回收，默认是68

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

CMS垃圾回收后，进行一次内存碎片整理

-XX:CMSFullGCsBeforeCompation

多少次CMS回收后，进行一次内存压缩

-XX:CMSClassUnloadingEnabled

使用CMS进行元空间回收

-XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction

达到什么比例进行Perm回收

G1回收器

新型的垃圾回收器类别，思路是

1：优先级式的回收垃圾，而不是 一次性把整个JAVA堆回收干净

2：总体上看是“标记-整理”算法，局部是“标记-复制算法”，总之这两种算法在运行期间都不会产生内存空间碎片。

缺点：

1：G1的卡表更复杂，堆中每个Region都有一份卡表，这导致G1的记忆集占整个堆空间的20%甚至更多。

2：使用写屏障维护G1卡表，会增加更多的运算资源。

-XX:+UseG1GC

-XX:+G1HeapRegionSize

分区大小

-XX:G1NewSizePercent

新生代最小比例，默认5%

-XX:G1MaxNewSizePercent

新生代最大比例，默认60%

-XX:MaxGCPauseMills

最大GC停顿时间，如果任何一次停顿超过这个值，G1就会尝试调整新老年代的比例、调整堆大小、调整景升年龄等首都按，一般建议200-300MS。

-XX:ParallelGCThreads

设置并行回收，GC的工作线程数量=(ParallelGCThreads + 3)/4。

-XX:ConcGCThreads

设置并行回收，GC的工作线程数量。

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent

整个堆使用率达到多少时，执行并发标记周期。

ZGC

它把G1里面的卡表存在引用里面，染色指针。

1：能降低内存的损耗。

2：减少内存屏障的使用数量

3：一个某个region存活对象被移走，这个Region立即就能被释放和重用掉，而不用等待整个堆中指向该Region的引用修正后才能清理，它能"自愈"(并发重分配)。

4：性能，吞吐量目前都优于G1和Parallel Scavenge回收器。

缺点：

因为ZGC没有分代概念，虽然STW很短，但是整个执行过程还是很长，在这个过程中JAVA对象可能会创建大量新对象，这些对象只能变成浮动垃圾，等待下次回收，如果回收掉的空间持续小于产生的浮动垃圾，那可分配的空间会越来越少（似乎还是要分代？），目前的方法是尽可能增大堆空间。否则会FULLGC

-XX:+UseZGC

-XX:ZFramentationLimit

设置ZGC触发的堆碎片阈值

-XX:ZCollectionInterval

指定ZGC的回收间隔（单位：秒），有助于控制回收频率。

-XX:+UseNUMA

启用NUMA支持

-XX:ZAllocationSpikeTolerance

控制ZGC对内存分配突发情况的容忍度，数值越高，适应能力越强

其他JVM参数

常用调优参数

  • -Xmn -Xms -Xmx -Xss 年轻代 最小堆 最大堆 栈空间
  • -XX:+UseTLAB 使用TLAB，默认打开
  • -XX:+PrintTLAB 打印TLAB的使用情况
  • -XX:TLABSize 设置TLAB大小(TLAB （Thread Local Allocation Buffer，线程本地分配缓冲区）是 Java 中内存分配的一个概念，它是在 Java 堆中划分出来的针对每个线程的内存区域，专门在该区域为该线程创建的对象分配内存。它的主要目的是在多线程并发环境下需要进行内存分配的时候，减少线程之间对于内存分配区域的竞争，加速内存分配的速度。TLAB 本质上还是在 Java 堆中的，因此在 TLAB 区域的对象，也可以被其他线程访问。)
  • -XX:+DisableExplictGC System.gc()不管用 ，FGC
  • -XX:+PrintGC
  • -XX:+PrintGCDetails
  • -XX:+PrintHeapAtGC
  • -XX:+PrintGCTimeStamps
  • -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime (低) 打印应用程序时间
  • -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime （低） 打印暂停时长
  • -XX:+PrintReferenceGC （重要性低） 记录回收了多少种不同引用类型的引用
  • -verbose:class 类加载详细过程
  • -XX:+PrintVMOptions
  • -XX:+PrintFlagsFinal -XX:+PrintFlagsInitial 必须会用
  • -Xloggc:opt/log/gc.log
  • -XX:MaxTenuringThreshold 升代年龄，最大值15
  • 锁自旋次数 -XX:PreBlockSpin 热点代码检测参数-XX:CompileThreshold 逃逸分析 标量替换 ... 这些不建议设置

跟踪 GC 日志

  • -XX:+PrintGC：最简单的 GC 参数，每一行代表进行了一次 GC。
  • -XX:+PrintGCDetails：最常用的 GC 参数，可以在日志中打印 GC 详细信息。
  • -XX:+PrintHeapAtGC：详细的打印出 GC 前后的堆内存信息。
  • -XX:+PrintGCTimeStamps：输出每次 GC 发生的时间
  • -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime：记录 Java 程序执行时间，表示应用程序在两次垃圾回收之间运行多长时间
  • -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime：记录 Java 程序因为 GC 而产生的停顿时间

跟踪类加载/卸载信息

  • -verbose:class：跟踪类加载和卸载

跟踪查看虚拟机参数

  • -XX:+PrintVMOptions：查看 Java 程序启动时设置的参数。

  • -XX:+PrintCommandLineFlags：打印虚拟机的显示和隐藏参数。

  • -XX:+PrintFlagsFinal：打印所有系统参数的值。

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