背景知識(shí)

探索JVM體系結(jié)構(gòu)

HotSpot架構(gòu)

HotSpot JVM擁有一個(gè)支持強(qiáng)大功能和基礎(chǔ)的架構(gòu)偎谁，并支持實(shí)現(xiàn)高性能和大規(guī)模可擴(kuò)展性的能力纲堵。例如巡雨，HotSpot JVM JIT編譯器生成動(dòng)態(tài)優(yōu)化。換句話說(shuō)席函，他們?cè)贘ava應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)做出優(yōu)化決策铐望，并生成針對(duì)底層系統(tǒng)架構(gòu)的高性能本機(jī)機(jī)器指令。 此外茂附，通過(guò)對(duì)其運(yùn)行時(shí)環(huán)境和多線程垃圾收集器的成熟進(jìn)化和可持續(xù)工程化正蛙，HotSpot JVM即使在大規(guī)模的可用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上也能實(shí)現(xiàn)高可擴(kuò)展性。

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JVM的主要組件包括類(lèi)加載器营曼，運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)和執(zhí)行引擎乒验。

JVM有三個(gè)調(diào)整性能的組件。堆heap是存儲(chǔ)對(duì)象數(shù)據(jù)的位置蒂阱。 此Region由啟動(dòng)時(shí)選擇的垃圾收集器GC Collector管理锻全。大多數(shù)調(diào)優(yōu)選項(xiàng)都與調(diào)整堆大小和根據(jù)業(yè)務(wù)情況選擇最合適的垃圾收集器有關(guān)。JIT編譯器對(duì)性能也有很大影響录煤，但很少需要使用較新版本的JVM進(jìn)行調(diào)優(yōu)凶掰。

性能基礎(chǔ)知識(shí)

通常粉捻，在調(diào)優(yōu)Java應(yīng)用程序時(shí)个扰，重點(diǎn)是兩個(gè)主要目標(biāo)的其中一個(gè)：響應(yīng)能力或吞吐量彰亥。 隨著教程的進(jìn)展，我們將回顧這些概念廊营。

響應(yīng)能力

響應(yīng)能力是指應(yīng)用程序或系統(tǒng)對(duì)請(qǐng)求的數(shù)據(jù)進(jìn)行響應(yīng)的速度歪泳。

例子包括：

• 桌面UI響應(yīng)事件的速度有多快
• 網(wǎng)站返回頁(yè)面的速度有多快
• 返回?cái)?shù)據(jù)庫(kù)查詢的速度有多快

對(duì)于專(zhuān)注于響應(yīng)能力的應(yīng)用程序，過(guò)長(zhǎng)的暫停時(shí)間是不可接受的赘风。重點(diǎn)是要在短時(shí)間內(nèi)做出響應(yīng)夹囚。

吞吐量

吞吐量側(cè)重于在特定時(shí)間段內(nèi)最大化應(yīng)用程序的工作量。
如何衡量吞吐量的示例包括：

• 在給定時(shí)間內(nèi)完成的交易數(shù)量邀窃。
• 批處理程序可在一小時(shí)內(nèi)完成的作業(yè)數(shù)。
• 可以在一小時(shí)內(nèi)完成的數(shù)據(jù)庫(kù)查詢數(shù)。

對(duì)于專(zhuān)注于吞吐量的應(yīng)用程序瞬捕，較長(zhǎng)的暫停時(shí)間是可接受的鞍历，由于高吞吐量應(yīng)用程序的性能專(zhuān)注于在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的表現(xiàn)，因此不需要考慮快速響應(yīng)時(shí)間肪虎。

G1垃圾收集器

Garbage-First（G1）收集器是一種服務(wù)器式垃圾收集器劣砍，適用于具有大內(nèi)存的多核心處理器的機(jī)器。它在滿足以高概率垃圾收集（GC）暫停時(shí)間的目標(biāo)同時(shí)扇救，實(shí)現(xiàn)了高吞吐量刑枝。
Oracle JDK 7 Update 4及更高版本完全支持G1垃圾收集器。
G1收集器專(zhuān)為以下應(yīng)用而設(shè)計(jì)：

• 可以與使用了CMS收集器等應(yīng)用程序的線程同時(shí)運(yùn)行迅腔。
• 緊湊的剩余空間装畅，GC不會(huì)引起長(zhǎng)時(shí)間的暫停。
• 需要更多可預(yù)測(cè)的GC暫停持續(xù)時(shí)間沧烈。
• 不想犧牲很多吞吐量性能掠兄。
• 不需要更大的Java堆。

G1計(jì)劃作為Concurrent Mark-Sweep Collector（CMS）的長(zhǎng)期替代品锌雀。與CMS相比蚂夕，G1成為是一個(gè)更好的解決方案。其中的一個(gè)區(qū)別是G1是緊湊型收集器腋逆。 G1依賴于Regionregion婿牍，所以足夠緊湊，可以完全避免使用細(xì)粒度的自由列表進(jìn)行的空間分配惩歉。
這大大簡(jiǎn)化了收集器的各個(gè)部分牍汹，并且主要消除了潛在的碎片問(wèn)題。此外柬泽，G1提供比CMS收集器更可預(yù)測(cè)的垃圾收集暫停機(jī)制慎菲，并允許用戶指定所需暫停的目標(biāo)。

G1機(jī)制概覽

舊的垃圾收集器（串行锨并，并行露该，CMS）都將堆構(gòu)建為三個(gè)部分：年輕代，老年代和固定內(nèi)存大小的永久代第煮。

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所有內(nèi)存對(duì)象都結(jié)束于這三個(gè)之中的其一解幼。

G1收集器采用不同的方法：

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堆被分為一組大小相等的堆Region，每個(gè)Region都是一個(gè)連續(xù)的虛擬內(nèi)存區(qū)域包警。某些Region集合具有與舊收集器中相同的角色（eden撵摆，survivor，old）害晦，但它們沒(méi)有固定的大小特铝。這為內(nèi)存使用提供了更大的靈活性。

執(zhí)行垃圾收集時(shí)，G1以類(lèi)似于CMS收集器的方式運(yùn)行鲫剿。G1會(huì)執(zhí)行并發(fā)的全局標(biāo)記過(guò)程鳄逾，以確定整個(gè)堆中對(duì)象的活躍度。在標(biāo)記過(guò)程完成之后灵莲，G1知道哪些Region基本上是空的雕凹。它首先在這些Region收集，通常這就會(huì)產(chǎn)生大量的自由空間政冻。這就是為什么這種垃圾收集方法稱(chēng)為Garbage-First枚抵。顧名思義，G1將其收集和壓縮活動(dòng)集中在可能充滿可回收對(duì)象的堆Region明场，即垃圾汽摹。

G1使用暫停預(yù)測(cè)模型來(lái)滿足用戶定義的暫停時(shí)間目標(biāo)，并根據(jù)指定的暫停時(shí)間目標(biāo)選擇要收集的Region數(shù)榕堰。

由G1確定為成熟可回收的Region作為垃圾竖慧，使用退出策略回收。G1將對(duì)象從堆的一個(gè)或多個(gè)Region復(fù)制到堆上的單個(gè)Region逆屡，并且在此過(guò)程中壓縮并釋放內(nèi)存圾旨。這種退出機(jī)制在多處理器上并行執(zhí)行，以減少暫停時(shí)間并提高吞吐量魏蔗。因此砍的，對(duì)于每次垃圾收集，G1會(huì)持續(xù)工作以減少碎片莺治，在用戶定義的暫停時(shí)間內(nèi)工作廓鞠。這超出了以前兩種方法的性能：CMS（Concurrent Mark Sweep）垃圾收集器不進(jìn)行壓縮。ParallelOld垃圾收集僅執(zhí)行整堆壓縮谣旁，這會(huì)導(dǎo)致相當(dāng)長(zhǎng)的暫停時(shí)間床佳。

值得注意的是G1不是實(shí)時(shí)收集器。它以高概率但不是絕對(duì)確定性的來(lái)滿足設(shè)定的暫停時(shí)間目標(biāo)榄审∑雒牵基于先前回收的數(shù)據(jù)，G1估算可以在用戶指定的目標(biāo)時(shí)間內(nèi)收集多少個(gè)Region搁进。因此浪感，收集器具有收集Region的相當(dāng)準(zhǔn)確的成本模型，并且它使用該模型來(lái)確定在停留在暫停時(shí)間目標(biāo)內(nèi)時(shí)要收集哪些Region和Region的數(shù)量饼问。

注意：G1具有并發(fā)（與應(yīng)用程序線程一起運(yùn)行影兽，例如，細(xì)化莱革，標(biāo)記峻堰，清理）和并行（多線程讹开，例如，凍結(jié)運(yùn)行態(tài)）階段茧妒。Full GC仍然是單線程的萧吠，但如果正確調(diào)整左冬，您的應(yīng)用程序應(yīng)該可以避免Full GC桐筏。

G1 Footprint

如果從ParallelOldGC或CMS收集器遷移到G1，您可能會(huì)看到更大的JVM進(jìn)程大小拇砰。 這主要與“accounting”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)有關(guān)梅忌，例如記憶集和集合集。
記憶集或RSet：在一個(gè)給定Region中跟蹤對(duì)象引用除破。堆中每個(gè)Region有一個(gè)RSet牧氮。RSet支持并行，并獨(dú)立收集Region瑰枫。 RSets的總體Footprint影響小于5％踱葛。
集合集或CSets：該集合中的Region將在1次GC中全部回收。 在GC期間光坝，CSet中的所有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)都被撤離（復(fù)制/移動(dòng)）尸诽。 Region集可以是Eden，survivor和/或老年代盯另。 CSets對(duì)JVM的大小影響不到1％性含。

推薦使用G1的情形

G1針對(duì)的第一個(gè)重點(diǎn)是為運(yùn)行需要大空間堆、有限GC延遲的應(yīng)用程序的用戶提供解決方案鸳惯。 這意味著堆大小約為6GB或更大商蕴，穩(wěn)定且可預(yù)測(cè)的暫停時(shí)間要低于0.5秒。

如果應(yīng)用程序具有以下一個(gè)或多個(gè)特征芝发，那么現(xiàn)今還在使用CMS或ParallelOldGC垃圾收集器運(yùn)行的應(yīng)用程序切換到G1的話將會(huì)得到收益绪商。

• Full GC持續(xù)時(shí)間太長(zhǎng)或太頻繁。
• 對(duì)象分配率或晉升（有用（存在引用）的對(duì)象會(huì)在垃圾回收的過(guò)程中被晉升到較高等級(jí)的內(nèi)存區(qū)域）率差異很大辅鲸。
• 不需要的垃圾收集或壓縮的長(zhǎng)時(shí)暫停（超過(guò)0.5到1秒）

注意：如果您使用的是CMS或ParallelOldGC格郁，并且您的應(yīng)用程序沒(méi)有經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的垃圾收集暫停，那么您的收集器策略保持當(dāng)前狀態(tài)是沒(méi)有問(wèn)題的瓢湃。更改為G1收集器不是使用最新JDK的必要條件理张。