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本文介紹 GC 基礎(chǔ)原理和理論，GC 調(diào)優(yōu)方法思路和方法郭怪，基于 Hotspot jdk1.8，學(xué)習(xí)之后你將了解如何對生產(chǎn)系統(tǒng)出現(xiàn)的 GC 問題進(jìn)行排查解決。

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圖片來自 Pexels

內(nèi)容主要如下：

• GC 基礎(chǔ)原理，涉及調(diào)優(yōu)目標(biāo)陋率，GC 事件分類、JVM 內(nèi)存分配策略秽晚、GC 日志分析等瓦糟。

• CMS 原理及調(diào)優(yōu)。

• G1 原理及調(diào)優(yōu)赴蝇。

• GC 問題排查和解決思路菩浙。

GC 基礎(chǔ)原理

GC 調(diào)優(yōu)目標(biāo)

大多數(shù)情況下對 Java 程序進(jìn)行 GC 調(diào)優(yōu)，主要關(guān)注兩個目標(biāo)：

• 響應(yīng)速度（Responsiveness）：響應(yīng)速度指程序或系統(tǒng)對一個請求的響應(yīng)有多迅速句伶。

  比如芍耘，用戶訂單查詢響應(yīng)時間，對響應(yīng)速度要求很高的系統(tǒng)熄阻，較大的停頓時間是不可接受的。調(diào)優(yōu)的重點(diǎn)是在短的時間內(nèi)快速響應(yīng)倔约。

• 吞吐量（Throughput）：吞吐量關(guān)注在一個特定時間段內(nèi)應(yīng)用系統(tǒng)的最大工作量秃殉。

  例如每小時批處理系統(tǒng)能完成的任務(wù)數(shù)量，在吞吐量方面優(yōu)化的系統(tǒng)，較長的 GC 停頓時間也是可以接受的钾军，因?yàn)楦咄掏铝繎?yīng)用更關(guān)心的是如何盡可能快地完成整個任務(wù)鳄袍，不考慮快速響應(yīng)用戶請求。

GC 調(diào)優(yōu)中吏恭，GC 導(dǎo)致的應(yīng)用暫停時間影響系統(tǒng)響應(yīng)速度拗小，GC 處理線程的 CPU 使用率影響系統(tǒng)吞吐量。

GC 分代收集算法

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新生代（Young Generation）

新生代又叫年輕代，大多數(shù)對象在新生代中被創(chuàng)建茄唐，很多對象的生命周期很短息裸。

每次新生代的垃圾回收（又稱 Young GC、Minor GC沪编、YGC）后只有少量對象存活呼盆，所以使用復(fù)制算法，只需少量的復(fù)制操作成本就可以完成回收蚁廓。

新生代內(nèi)又分三個區(qū)：一個 Eden 區(qū)访圃，兩個 Survivor 區(qū)（S0、S1纳令，又稱From Survivor挽荠、To Survivor），大部分對象在 Eden 區(qū)中生成平绩。

當(dāng) Eden 區(qū)滿時圈匆，還存活的對象將被復(fù)制到兩個 Survivor 區(qū)（中的一個）；當(dāng)這個 Survivor 區(qū)滿時捏雌，此區(qū)的存活且不滿足晉升到老年代條件的對象將被復(fù)制到另外一個 Survivor 區(qū)跃赚。

對象每經(jīng)歷一次復(fù)制，年齡加 1性湿，達(dá)到晉升年齡閾值后纬傲，轉(zhuǎn)移到老年代。

老年代（Old Generation）

在新生代中經(jīng)歷了 N 次垃圾回收后仍然存活的對象肤频，就會被放到老年代叹括，該區(qū)域中對象存活率高。老年代的垃圾回收通常使用“標(biāo)記-整理”算法宵荒。

GC 事件分類

根據(jù)垃圾收集回收的區(qū)域不同汁雷，垃圾收集主要分為：

• Young GC

• Old GC

• Full GC

• Mixed GC

①Young GC

新生代內(nèi)存的垃圾收集事件稱為 Young GC（又稱 Minor GC）净嘀，當(dāng) JVM 無法為新對象分配在新生代內(nèi)存空間時總會觸發(fā) Young GC。

比如 Eden 區(qū)占滿時侠讯，新對象分配頻率越高挖藏，Young GC 的頻率就越高。

Young GC 每次都會引起全線停頓（Stop-The-World）厢漩，暫停所有的應(yīng)用線程膜眠，停頓時間相對老年代 GC 造成的停頓，幾乎可以忽略不計(jì)溜嗜。

②Old GC 宵膨、Full GC、Mixed GC

Old GC：只清理老年代空間的 GC 事件粱胜，只有 CMS 的并發(fā)收集是這個模式柄驻。

Full GC：清理整個堆的 GC 事件，包括新生代焙压、老年代鸿脓、元空間等 。

Mixed GC：清理整個新生代以及部分老年代的 GC涯曲，只有 G1 有這個模式野哭。

GC 日志分析

GC 日志是一個很重要的工具，它準(zhǔn)確記錄了每一次的 GC 的執(zhí)行時間和執(zhí)行結(jié)果幻件，通過分析 GC 日志可以調(diào)優(yōu)堆設(shè)置和 GC 設(shè)置拨黔，或者改進(jìn)應(yīng)用程序的對象分配模式。

開啟的 JVM 啟動參數(shù)如下：

-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps  -XX:+PrintGCTimeStamps

常見的 Young GC绰沥、Full GC 日志含義如下：

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免費(fèi)的 GC 日志圖形分析工具推薦下面 2 個：

• GCViewer篱蝇，下載 jar 包直接運(yùn)行 。

• gceasy徽曲，Web 工具零截，上傳 GC 日志在線使用。

內(nèi)存分配策略

Java 提供的自動內(nèi)存管理秃臣，可以歸結(jié)為解決了對象的內(nèi)存分配和回收的問題涧衙。

前面已經(jīng)介紹了內(nèi)存回收，下面介紹幾條最普遍的內(nèi)存分配策略：

①對象優(yōu)先在 Eden 區(qū)分配：大多數(shù)情況下奥此，對象在先新生代 Eden 區(qū)中分配弧哎。當(dāng) Eden 區(qū)沒有足夠空間進(jìn)行分配時，虛擬機(jī)將發(fā)起一次 Young GC稚虎。

②大對象之間進(jìn)入老年代：JVM 提供了一個對象大小閾值參數(shù)（-XX:PretenureSizeThreshold撤嫩，默認(rèn)值為 0，代表不管多大都是先在 Eden 中分配內(nèi)存）蠢终。

大于參數(shù)設(shè)置的閾值值的對象直接在老年代分配序攘，這樣可以避免對象在 Eden 及兩個 Survivor 直接發(fā)生大內(nèi)存復(fù)制鸭限。

③長期存活的對象將進(jìn)入老年代：對象每經(jīng)歷一次垃圾回收，且沒被回收掉两踏，它的年齡就增加 1，大于年齡閾值參數(shù)（-XX:MaxTenuringThreshold兜喻，默認(rèn) 15）的對象梦染，將晉升到老年代中。

④空間分配擔(dān)保：當(dāng)進(jìn)行 Young GC 之前朴皆，JVM 需要預(yù)估：老年代是否能夠容納 Young GC 后新生代晉升到老年代的存活對象帕识，以確定是否需要提前觸發(fā) GC 回收老年代空間，基于空間分配擔(dān)保策略來計(jì)算遂铡。

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Young GC 之后如果成功（Young GC 后晉升對象能放入老年代），則代表擔(dān)保成功扒接，不用再進(jìn)行 Full GC伪货，提高性能。

如果失敗钾怔，則會出現(xiàn)“promotion failed”錯誤碱呼，代表擔(dān)保失敗，需要進(jìn)行 Full GC宗侦。

⑤動態(tài)年齡判定：新生代對象的年齡可能沒達(dá)到閾值（MaxTenuringThreshold 參數(shù)指定）就晉升老年代愚臀。

如果 Young GC 之后，新生代存活對象達(dá)到相同年齡所有對象大小的總和大于任意 Survivor 空間（S0+S1空間）的一半矾利，此時 S0 或者 S1 區(qū)即將容納不了存活的新生代對象姑裂。

年齡大于或等于該年齡的對象就可以直接進(jìn)入老年代，無須等到 MaxTenuringThreshold 中要求的年齡男旗。

另外舶斧，如果 Young GC 后 S0 或 S1 區(qū)不足以容納：未達(dá)到晉升老年代條件的新生代存活對象，會導(dǎo)致這些存活對象直接進(jìn)入老年代剑肯，需要盡量避免捧毛。

CMS 原理及調(diào)優(yōu)

名詞解釋

可達(dá)性分析算法：用于判斷對象是否存活，基本思想是通過一系列稱為“GC Root”的對象作為起點(diǎn)（常見的 GC Root 有系統(tǒng)類加載器让网、棧中的對象呀忧、處于激活狀態(tài)的線程等），基于對象引用關(guān)系溃睹，從 GC Roots 開始向下搜索而账，所走過的路徑稱為引用鏈，當(dāng)一個對象到 GC Root 沒有任何引用鏈相連因篇，證明對象不再存活泞辐。

Stop The World：GC 過程中分析對象引用關(guān)系笔横，為了保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要通過停頓所有 Java 執(zhí)行線程咐吼，保證引用關(guān)系不再動態(tài)變化吹缔，該停頓事件稱為 Stop The World（STW）。

Safepoint：代碼執(zhí)行過程中的一些特殊位置锯茄，當(dāng)線程執(zhí)行到這些位置的時候厢塘，說明虛擬機(jī)當(dāng)前的狀態(tài)是安全的，如果有需要 GC肌幽，線程可以在這個位置暫停晚碾。

HotSpot 采用主動中斷的方式，讓執(zhí)行線程在運(yùn)行期輪詢是否需要暫停的標(biāo)志喂急，若需要則中斷掛起格嘁。

CMS 簡介

CMS（Concurrent Mark and Sweep 并發(fā)-標(biāo)記-清除），是一款基于并發(fā)廊移、使用標(biāo)記清除算法的垃圾回收算法糕簿，只針對老年代進(jìn)行垃圾回收。

CMS 收集器工作時画机，盡可能讓 GC 線程和用戶線程并發(fā)執(zhí)行冶伞，以達(dá)到降低 STW 時間的目的。

通過以下命令行參數(shù)步氏，啟用 CMS 垃圾收集器：

-XX:+UseConcMarkSweepGC

值得補(bǔ)充的是响禽，下面介紹到的 CMS GC 是指老年代的 GC，而 Full GC 指的是整個堆的 GC 事件荚醒，包括新生代芋类、老年代、元空間等界阁，兩者有所區(qū)分侯繁。

新生代垃圾回收

能與 CMS 搭配使用的新生代垃圾收集器有 Serial 收集器和 ParNew 收集器。

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老年代垃圾回收

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CMS GC 以獲取最小停頓時間為目的写穴，盡可能減少 STW 時間惰拱，可以分為 7 個階段：

階段 1：初始標(biāo)記（Initial Mark）****

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此階段的目標(biāo)是標(biāo)記老年代中所有存活的對象, 包括 GC Root 的直接引用, 以及由新生代中存活對象所引用的對象，觸發(fā)第一次 STW 事件啊送。

這個過程是支持多線程的（JDK7 之前單線程偿短，JDK8 之后并行欣孤，可通過參數(shù) CMSParallelInitialMarkEnabled 調(diào)整）。

階段 2：并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Mark）

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此階段 GC 線程和應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行昔逗，遍歷階段 1 初始標(biāo)記出來的存活對象降传，然后繼續(xù)遞歸標(biāo)記這些對象可達(dá)的對象。

階段 3：并發(fā)預(yù)清理（Concurrent Preclean）

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此階段 GC 線程和應(yīng)用線程也是并發(fā)執(zhí)行勾怒，因?yàn)殡A段 2 是與應(yīng)用線程并發(fā)執(zhí)行搬瑰，可能有些引用關(guān)系已經(jīng)發(fā)生改變。

通過卡片標(biāo)記（Card Marking）控硼，提前把老年代空間邏輯劃分為相等大小的區(qū)域（Card）。

如果引用關(guān)系發(fā)生改變艾少，JVM 會將發(fā)生改變的區(qū)域標(biāo)記為“臟區(qū)”（Dirty Card）卡乾，然后在本階段，這些臟區(qū)會被找出來缚够，刷新引用關(guān)系幔妨，清除“臟區(qū)”標(biāo)記。

階段 4：并發(fā)可取消的預(yù)清理（Concurrent Abortable Preclean）

此階段也不停止應(yīng)用線程谍椅。本階段嘗試在 STW 的最終標(biāo)記階段（Final Remark）之前盡可能地多做一些工作误堡，以減少應(yīng)用暫停時間。

在該階段不斷循環(huán)處理：標(biāo)記老年代的可達(dá)對象雏吭、掃描處理 Dirty Card 區(qū)域中的對象锁施，循環(huán)的終止條件有：

• 達(dá)到循環(huán)次數(shù)

• 達(dá)到循環(huán)執(zhí)行時間閾值

• 新生代內(nèi)存使用率達(dá)到閾值

階段 5：最終標(biāo)記（Final Remark）

這是 GC 事件中第二次（也是最后一次）STW 階段，目標(biāo)是完成老年代中所有存活對象的標(biāo)記杖们。

在此階段執(zhí)行：

• 遍歷新生代對象悉抵，重新標(biāo)記

• 根據(jù) GC Roots，重新標(biāo)記

• 遍歷老年代的 Dirty Card摘完，重新標(biāo)記

階段 6：并發(fā)清除（Concurrent Sweep）

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此階段與應(yīng)用程序并發(fā)執(zhí)行姥饰，不需要 STW 停頓，根據(jù)標(biāo)記結(jié)果清除垃圾對象孝治。

階段 7：并發(fā)重置（Concurrent Reset）

此階段與應(yīng)用程序并發(fā)執(zhí)行列粪，重置 CMS 算法相關(guān)的內(nèi)部數(shù)據(jù), 為下一次 GC 循環(huán)做準(zhǔn)備。

CMS 常見問題

①最終標(biāo)記階段停頓時間過長問題

CMS 的 GC 停頓時間約 80% 都在最終標(biāo)記階段（Final Remark）谈飒，若該階段停頓時間過長岂座，常見原因是新生代對老年代的無效引用，在上一階段的并發(fā)可取消預(yù)清理階段中步绸，執(zhí)行閾值時間內(nèi)未完成循環(huán)掺逼，來不及觸發(fā) Young GC，清理這些無效引用瓤介。

通過添加參數(shù)：-XX:+CMSScavengeBeforeRemark吕喘。

在執(zhí)行最終操作之前先觸發(fā) Young GC赘那，從而減少新生代對老年代的無效引用，降低最終標(biāo)記階段的停頓氯质。

但如果在上個階段（并發(fā)可取消的預(yù)清理）已觸發(fā) Young GC募舟，也會重復(fù)觸發(fā) Young GC。

②并發(fā)模式失斘挪臁（concurrent mode failure）&晉升失敼敖浮（promotion failed）問題。

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并發(fā)模式失斣：當(dāng) CMS 在執(zhí)行回收時呢灶，新生代發(fā)生垃圾回收，同時老年代又沒有足夠的空間容納晉升的對象時钉嘹，CMS 垃圾回收就會退化成單線程的 Full GC鸯乃。所有的應(yīng)用線程都會被暫停，老年代中所有的無效對象都被回收跋涣。

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晉升失斢：當(dāng)新生代發(fā)生垃圾回收，老年代有足夠的空間可以容納晉升的對象陈辱，但是由于空閑空間的碎片化奖年，導(dǎo)致晉升失敗，此時會觸發(fā)單線程且?guī)嚎s動作的 Full GC沛贪。

并發(fā)模式失敗和晉升失敗都會導(dǎo)致長時間的停頓陋守，常見解決思路如下：

• 降低觸發(fā) CMS GC 的閾值。

  即參數(shù) -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 的值利赋，讓 CMS GC 盡早執(zhí)行嗅义，以保證有足夠的空間。

• 增加 CMS 線程數(shù)隐砸，即參數(shù) -XX:ConcGCThreads之碗。

• 增大老年代空間。

• 讓對象盡量在新生代回收季希，避免進(jìn)入老年代褪那。

③內(nèi)存碎片問題

通常 CMS 的 GC 過程基于標(biāo)記清除算法，不帶壓縮動作式塌，導(dǎo)致越來越多的內(nèi)存碎片需要壓縮博敬。

常見以下場景會觸發(fā)內(nèi)存碎片壓縮：

• 新生代 Young GC 出現(xiàn)新生代晉升擔(dān)保失敗（promotion failed)）

• 程序主動執(zhí)行System.gc()

可通過參數(shù) CMSFullGCsBeforeCompaction 的值峰尝，設(shè)置多少次 Full GC 觸發(fā)一次壓縮偏窝。

默認(rèn)值為 0，代表每次進(jìn)入 Full GC 都會觸發(fā)壓縮，帶壓縮動作的算法為上面提到的單線程 Serial Old 算法祭往，暫停時間（STW）時間非常長伦意，需要盡可能減少壓縮時間。

G1 原理及調(diào)優(yōu)

G1 簡介

G1（Garbage-First）是一款面向服務(wù)器的垃圾收集器硼补，支持新生代和老年代空間的垃圾收集驮肉，主要針對配備多核處理器及大容量內(nèi)存的機(jī)器。

G1 最主要的設(shè)計(jì)目標(biāo)是：實(shí)現(xiàn)可預(yù)期及可配置的 STW 停頓時間已骇。

G1 堆空間劃分

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①Region

為實(shí)現(xiàn)大內(nèi)存空間的低停頓時間的回收离钝，將劃分為多個大小相等的 Region。每個小堆區(qū)都可能是 Eden 區(qū)褪储，Survivor 區(qū)或者 Old 區(qū)卵渴，但是在同一時刻只能屬于某個代。

在邏輯上, 所有的 Eden 區(qū)和 Survivor 區(qū)合起來就是新生代鲤竹，所有的 Old 區(qū)合起來就是老年代奖恰，且新生代和老年代各自的內(nèi)存 Region 區(qū)域由 G1 自動控制，不斷變動宛裕。

②巨型對象

當(dāng)對象大小超過 Region 的一半，則認(rèn)為是巨型對象（Humongous Object）论泛，直接被分配到老年代的巨型對象區(qū)（Humongous Regions）揩尸。

這些巨型區(qū)域是一個連續(xù)的區(qū)域集，每一個 Region 中最多有一個巨型對象屁奏，巨型對象可以占多個 Region岩榆。

G1 把堆內(nèi)存劃分成一個個 Region 的意義在于：

• 每次 GC 不必都去處理整個堆空間，而是每次只處理一部分 Region坟瓢，實(shí)現(xiàn)大容量內(nèi)存的 GC勇边。

• 通過計(jì)算每個 Region 的回收價值，包括回收所需時間折联、可回收空間粒褒，在有限時間內(nèi)盡可能回收更多的垃圾對象，把垃圾回收造成的停頓時間控制在預(yù)期配置的時間范圍內(nèi)诚镰，這也是 G1 名稱的由來：Garbage-First奕坟。

G1工作模式

針對新生代和老年代，G1 提供 2 種 GC 模式清笨，Young GC 和 Mixed GC月杉，兩種會導(dǎo)致 Stop The World。

Young GC：當(dāng)新生代的空間不足時抠艾，G1 觸發(fā) Young GC 回收新生代空間苛萎。Young GC 主要是對 Eden 區(qū)進(jìn)行 GC，它在 Eden 空間耗盡時觸發(fā)，基于分代回收思想和復(fù)制算法腌歉，每次 Young GC 都會選定所有新生代的 Region蛙酪。同時計(jì)算下次 Young GC 所需的 Eden 區(qū)和 Survivor 區(qū)的空間，動態(tài)調(diào)整新生代所占 Region 個數(shù)來控制 Young GC 開銷究履。

Mixed GC：當(dāng)老年代空間達(dá)到閾值會觸發(fā) Mixed GC滤否，選定所有新生代里的 Region，根據(jù)全局并發(fā)標(biāo)記階段(下面介紹到)統(tǒng)計(jì)得出收集收益高的若干老年代 Region最仑。

在用戶指定的開銷目標(biāo)范圍內(nèi)藐俺，盡可能選擇收益高的老年代 Region 進(jìn)行 GC，通過選擇哪些老年代 Region 和選擇多少 Region 來控制 Mixed GC 開銷泥彤。

全局并發(fā)標(biāo)記

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全局并發(fā)標(biāo)記主要是為 Mixed GC 計(jì)算找出回收收益較高的 Region 區(qū)域欲芹，具體分為 5 個階段：

階段 1：初始標(biāo)記（Initial Mark）

暫停所有應(yīng)用線程（STW），并發(fā)地進(jìn)行標(biāo)記從 GC Root 開始直接可達(dá)的對象（原生棧對象吟吝、全局對象菱父、JNI 對象）。

當(dāng)達(dá)到觸發(fā)條件時剑逃，G1 并不會立即發(fā)起并發(fā)標(biāo)記周期浙宜，而是等待下一次新生代收集，利用新生代收集的 STW 時間段蛹磺，完成初始標(biāo)記粟瞬，這種方式稱為借道（Piggybacking）。

階段 2：根區(qū)域掃描（Root Region Scan）

在初始標(biāo)記暫停結(jié)束后萤捆，新生代收集也完成的對象復(fù)制到 Survivor 的工作裙品，應(yīng)用線程開始活躍起來。

此時為了保證標(biāo)記算法的正確性俗或，所有新復(fù)制到 Survivor 分區(qū)的對象市怎，需要找出哪些對象存在對老年代對象的引用，把這些對象標(biāo)記成根（Root）辛慰。

這個過程稱為根分區(qū)掃描（Root Region Scanning）区匠，同時掃描的 Suvivor 分區(qū)也被稱為根分區(qū)（Root Region）。

根分區(qū)掃描必須在下一次新生代垃圾收集啟動前完成（接下來并發(fā)標(biāo)記的過程中帅腌，可能會被若干次新生代垃圾收集打斷）辱志，因?yàn)槊看?GC 會產(chǎn)生新的存活對象集合。

階段 3：并發(fā)標(biāo)記（Concurrent Marking）

標(biāo)記線程與應(yīng)用程序線程并行執(zhí)行狞膘，標(biāo)記各個堆中 Region 的存活對象信息揩懒，這個步驟可能被新的 Young GC 打斷。

所有的標(biāo)記任務(wù)必須在堆滿前就完成掃描挽封，如果并發(fā)標(biāo)記耗時很長已球，那么有可能在并發(fā)標(biāo)記過程中，又經(jīng)歷了幾次新生代收集。

階段 4：再次標(biāo)記（Remark）

和 CMS 類似暫停所有應(yīng)用線程（STW）智亮，以完成標(biāo)記過程短暫地停止應(yīng)用線程, 標(biāo)記在并發(fā)標(biāo)記階段發(fā)生變化的對象忆某，和所有未被標(biāo)記的存活對象，同時完成存活數(shù)據(jù)計(jì)算阔蛉。

階段 5：清理（Cleanup）

為即將到來的轉(zhuǎn)移階段做準(zhǔn)備, 此階段也為下一次標(biāo)記執(zhí)行所有必需的整理計(jì)算工作：

• 整理更新每個 Region 各自的 RSet（Remember Set弃舒，HashMap 結(jié)構(gòu)，記錄有哪些老年代對象指向本 Region状原，key 為指向本 Region 的對象的引用聋呢，value 為指向本 Region 的具體 Card 區(qū)域，通過 RSet 可以確定 Region 中對象存活信息颠区，避免全堆掃描）削锰。

• 回收不包含存活對象的 Region。

• 統(tǒng)計(jì)計(jì)算回收收益高（基于釋放空間和暫停目標(biāo)）的老年代分區(qū)集合毕莱。

G1調(diào)優(yōu)注意點(diǎn)

①Full GC 問題

G1 的正常處理流程中沒有 Full GC器贩，只有在垃圾回收處理不過來（或者主動觸發(fā)）時才會出現(xiàn)，G1 的 Full GC 就是單線程執(zhí)行的 Serial old gc朋截，會導(dǎo)致非常長的 STW蛹稍，是調(diào)優(yōu)的重點(diǎn)，需要盡量避免 Full GC部服。

常見原因如下：

• 程序主動執(zhí)行 System.gc()

• 全局并發(fā)標(biāo)記期間老年代空間被填滿（并發(fā)模式失斔艚恪）

• Mixed GC 期間老年代空間被填滿（晉升失敗）

• Young GC 時 Survivor 空間和老年代沒有足夠空間容納存活對象

類似 CMS饲宿，常見的解決是：

• 增大 -XX:ConcGCThreads=n 選項(xiàng)增加并發(fā)標(biāo)記線程的數(shù)量，或者 STW 期間并行線程的數(shù)量：-XX:ParallelGCThreads=n胆描。

• 減小 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 提前啟動標(biāo)記周期瘫想。

• 增大預(yù)留內(nèi)存 -XX:G1ReservePercent=n，默認(rèn)值是 10昌讲，代表使用 10% 的堆內(nèi)存為預(yù)留內(nèi)存国夜，當(dāng) Survivor 區(qū)域沒有足夠空間容納新晉升對象時會嘗試使用預(yù)留內(nèi)存。

②巨型對象分配

巨型對象區(qū)中的每個 Region 中包含一個巨型對象短绸，剩余空間不再利用车吹，導(dǎo)致空間碎片化，當(dāng) G1 沒有合適空間分配巨型對象時醋闭，G1 會啟動串行 Full GC 來釋放空間窄驹。

可以通過增加 -XX:G1HeapRegionSize 來增大 Region 大小，這樣一來证逻，相當(dāng)一部分的巨型對象就不再是巨型對象了乐埠，而是采用普通的分配方式浴讯。

③不要設(shè)置 Young 區(qū)的大小

原因是為了盡量滿足目標(biāo)停頓時間，邏輯上的 Young 區(qū)會進(jìn)行動態(tài)調(diào)整吗讶。如果設(shè)置了大小躺率，則會覆蓋掉并且會禁用掉對停頓時間的控制。

④平均響應(yīng)時間設(shè)置

使用應(yīng)用的平均響應(yīng)時間作為參考來設(shè)置 MaxGCPauseMillis棵逊，JVM 會盡量去滿足該條件伤疙，可能是 90% 的請求或者更多的響應(yīng)時間在這之內(nèi)， 但是并不代表是所有的請求都能滿足辆影，平均響應(yīng)時間設(shè)置過小會導(dǎo)致頻繁 GC徒像。

調(diào)優(yōu)方法與思路

如何分析系統(tǒng) JVM GC 運(yùn)行狀況及合理優(yōu)化？

GC 優(yōu)化的核心思路在于：盡可能讓對象在新生代中分配和回收秸歧，盡量避免過多對象進(jìn)入老年代厨姚，導(dǎo)致對老年代頻繁進(jìn)行垃圾回收，同時給系統(tǒng)足夠的內(nèi)存減少新生代垃圾回收次數(shù)键菱，進(jìn)行系統(tǒng)分析和優(yōu)化也是圍繞著這個思路展開谬墙。

分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀況

分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀況：

• 系統(tǒng)每秒請求數(shù)、每個請求創(chuàng)建多少對象经备，占用多少內(nèi)存拭抬。

• Young GC 觸發(fā)頻率、對象進(jìn)入老年代的速率侵蒙。

• 老年代占用內(nèi)存造虎、Full GC 觸發(fā)頻率、Full GC 觸發(fā)的原因纷闺、長時間 Full GC 的原因算凿。

常用工具如下：

jstat：JVM 自帶命令行工具，可用于統(tǒng)計(jì)內(nèi)存分配速率犁功、GC 次數(shù)氓轰，GC 耗時。

常用命令格式：

jstat -gc <pid> <統(tǒng)計(jì)間隔時間>  <統(tǒng)計(jì)次數(shù)>

image

例如：jstat -gc 32683 1000 10浸卦，統(tǒng)計(jì) pid=32683 的進(jìn)程署鸡，每秒統(tǒng)計(jì) 1 次，統(tǒng)計(jì) 10 次限嫌。

jmap：JVM自帶命令行工具靴庆，可用于了解系統(tǒng)運(yùn)行時的對象分布。

常用命令格式如下：

// 命令行輸出類名怒医、類數(shù)量數(shù)量炉抒，類占用內(nèi)存大小，// 按照類占用內(nèi)存大小降序排列jmap -histo <pid>// 生成堆內(nèi)存轉(zhuǎn)儲快照稚叹，在當(dāng)前目錄下導(dǎo)出dump.hrpof的二進(jìn)制文件端礼，// 可以用eclipse的MAT圖形化工具分析jmap -dump:live,format=b,file=dump.hprof <pid>

jinfo禽笑，命令格式：

jinfo <pid> 

用來查看正在運(yùn)行的 Java 應(yīng)用程序的擴(kuò)展參數(shù)，包括 Java System 屬性和 JVM 命令行參數(shù)蛤奥。

其他 GC 工具：

• 監(jiān)控告警系統(tǒng)：Zabbix佳镜、Prometheus、Open-Falcon

• jdk 自動實(shí)時內(nèi)存監(jiān)控工具：VisualVM

• 堆外內(nèi)存監(jiān)控：Java VisualVM 安裝 Buffer Pools 插件凡桥、google perf工具蟀伸、Java NMT（Native Memory Tracking）工具

• GC 日志分析：GCViewer、gceasy

• GC 參數(shù)檢查和優(yōu)化：http://xxfox.perfma.com/

GC 優(yōu)化案例

①數(shù)據(jù)分析平臺系統(tǒng)頻繁 Full GC

平臺主要對用戶在 App 中行為進(jìn)行定時分析統(tǒng)計(jì)缅刽，并支持報表導(dǎo)出啊掏，使用 CMS GC 算法。

數(shù)據(jù)分析師在使用中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)頁面打開經(jīng)乘ッ停卡頓迟蜜，通過 jstat 命令發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)每次 Young GC 后大約有 10% 的存活對象進(jìn)入老年代。

原來是因?yàn)?Survivor 區(qū)空間設(shè)置過小啡省，每次 Young GC 后存活對象在 Survivor 區(qū)域放不下娜睛，提前進(jìn)入老年代。

通過調(diào)大 Survivor 區(qū)卦睹，使得 Survivor 區(qū)可以容納 Young GC 后存活對象畦戒，對象在 Survivor 區(qū)經(jīng)歷多次 Young GC 達(dá)到年齡閾值才進(jìn)入老年代。

調(diào)整之后每次 Young GC 后進(jìn)入老年代的存活對象穩(wěn)定運(yùn)行時僅幾百 Kb结序，F(xiàn)ull GC 頻率大大降低障斋。

②業(yè)務(wù)對接網(wǎng)關(guān) OOM

網(wǎng)關(guān)主要消費(fèi) Kafka 數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算然后轉(zhuǎn)發(fā)到另外的 Kafka 隊(duì)列徐鹤，系統(tǒng)運(yùn)行幾個小時候出現(xiàn) OOM垃环，重啟系統(tǒng)幾個小時之后又 OOM。

通過 jmap 導(dǎo)出堆內(nèi)存返敬，在 eclipse MAT 工具分析才找出原因：代碼中將某個業(yè)務(wù) Kafka 的 topic 數(shù)據(jù)進(jìn)行日志異步打印遂庄，該業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)量較大，大量對象堆積在內(nèi)存中等待被打印救赐，導(dǎo)致 OOM涧团。

③賬號權(quán)限管理系統(tǒng)頻繁長時間 Full GC

系統(tǒng)對外提供各種賬號鑒權(quán)服務(wù)只磷，使用時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)常服務(wù)不可用经磅，通過 Zabbix 的監(jiān)控平臺監(jiān)控發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)頻繁發(fā)生長時間 Full GC，且觸發(fā)時老年代的堆內(nèi)存通常并沒有占滿钮追，發(fā)現(xiàn)原來是業(yè)務(wù)代碼中調(diào)用了 System.gc()预厌。

總結(jié)

GC 問題可以說沒有捷徑，排查線上的性能問題本身就并不簡單元媚，除了將本文介紹到的原理和工具融會貫通轧叽，還需要我們不斷去積累經(jīng)驗(yàn)苗沧，真正做到性能最優(yōu)。

篇幅所限炭晒，不再展開介紹常見 GC 參數(shù)的使用待逞，我發(fā)布在 GitHub：

https://github.com/caison/caison-blog-demo