jvm层gc调优

怼烎@ 2022-05-15 14:38 328阅读 0赞

## jvm的内存结构 ##

java 8 jvm官方文档  
[https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html][https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_index.html]

### 运行时数据区 ###

官方文档：[https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html\#jvms-2.5][https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_jvms-2.html_jvms-2.5]  
运行时数据区有：方法区、虚拟机栈、本地方法栈、堆、程序计数器

#### 计数器pc register ####

jvm支持多线程同时执行，每一个线程都有自己的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，它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；每隔方法在执行的同事都会创建一个栈帧，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，在虚拟机启动时穿件。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，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就可以。

#### 方法区Method Area ####

方法区域java堆一样，是哥哥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，但是它却又一个别名叫做non-heap（非堆），目的是与java堆区分开来。

#### 常量池 run-time constant pool ####

运行时常量池是方法区的一部分。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），用于存放编译期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 ####

本地方法栈与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，他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，而本地方法栈则为用虚拟机使用到的native方法服务。

### 堆区 ###

堆区分为老年代old和新生代（Young），新生代又分为eden和s0和s1区。

### 非堆区 ###

#### metaspace=class、package、method、field、字节码、常量池、符号引用等。 ####

#### css：32位指针的class ####

通过添加虚拟机参数：+UseCompressedClassPointers使用ccs，通过：jstat -gc pid查看CCS

#### codecache：JIT编译后的本地代码、JNI使用的C代码 ####

[关于一些名词的解释][Link 1]

### 常用参数 ###

\-Xms -Xmx  
\-XX:NewSize -XX:MaxNewSize  
\-XX:NewSize -XX:MaxNewSize  
\-XX:NewRatio -XX:SurvivorRatio  
\-XX:MetaspaceSize -XX:MaxMetaspaceSize  
\-XX:+UseCompressedClassPointers  
\-XX:CompressedClassSpaceSize  
\-XX:InitialCodeCacheSize  
\-XX:ReservedCodeCacheSize

## 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 ####

算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记处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的效率都不高。产生碎片。碎片太多会导致提前GC

### 复制算法 ###

#### 它将可用内存按容量分为大小相等的两块，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。 ####

#### 优缺点 ####

实现简单。运行高效，但是空间利用率低。

### 标记整理 ###

#### 算法 ####

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

### 分代回收算法 ###

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  
长期存活对象进入老年代：-XX:MaxTenuringThreshold -XX:+PrintTenuringDistribution -XX:TargetSurvivorRatio

## 垃圾收集器 ##

知乎上优秀的回答：[https://www.zhihu.com/question/35164211][https_www.zhihu.com_question_35164211]

### 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  
并发收集器Concurrent：CMS、G1、停顿时间

### 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。

### 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程序执行时间。-XX:MaxGCPauseMillis  
吞吐量：花在垃圾收集的时候和花在应用时间的占比 .  
XX:GCTimeRatio=，垃圾收集的时间占比：1/1+n

### 并行收集器 ###

吞吐量优先  
\-XX:+UseParallelGC,-XX:+UseParallelOldGC  
Server模式下的默认收集器  
查看：jinfo -flag UseParallelOldGC pid

### 并行收集器 ###

响应时间优先  
CMS:XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC  
G1:-XX:+UseG1GC  
查看：jinfo -flag UseConcMarkSweepGC pid

### 垃圾收集器搭配 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZzdDQzODA2MDY4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
可以从老年代记起：SerialOld最厉害，可以搭配所有的新生代收集器；  
ParallelOld只能搭配Parallel新生代的，也就是Parallel Scavenge；  
CMS 只能搭配Serial和ParNew；  
最后G1只能自己和自己玩。

### 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，并且没有时间停顿的要求，串行或者让jvm自己选  
如果允许停顿时间操作1秒，选择并行或者让jvm自己选  
如果响应时间最重要，并且不能操作1秒，使用并发收集器

GC调优指南：[https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/toc.html][https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_toc.html]  
如何选择垃圾收集器：  
[https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/collectors.html][https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_collectors.html]

### Parallel Collector ###

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

### 动态内存调整 ###

\-XX:YoungGenerationSizeIncrement=也就是每次gc之后发现之前的内存不够，那么就会动态增加内存  
\-XX:TenuredGenerationSizeIncrement=  
\-XX:AdaptiveSizeDecrementScaleFactor=

### CMS Collector ###

#### 特点 ####

并发收集  
低停顿 低延时  
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的特点 ####

CPU敏感  
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  
\-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly：是否动态调整  
\-XX:+CMSScavengeBeforeRemark：FullGC之前先做YGC  
\-XX:+CMSClassUnloadingEnabled：启用回收Perm区

#### iCMS ####

使用于单核或者双核

### G1 Collector ###

**G1垃圾收集器介绍**：[https://zhuanlan.zhihu.com/p/22591838][https_zhuanlan.zhihu.com_p_22591838]

#### 简介： ####

The first focus of G1 is to provide a solution for users running applications that require large heaps with limited GC latency.This means heap sizes of around 6GB or larger,and a stable and predictable pause time below 0.5 senconds.

#### G1属于新生代和老生代收集器 ####

#### G1的几个概念 ####

Region  
SATB:Snapshot-At-The-Beginning，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是，对象晋升到Old区

#### 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 ####

initiationHeapOccupancyPercent：堆占有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  
G1OldCSetRegionThresholdPercent：一次Mixed GC中能被选入CSet的最多old区的region数量

#### 常用参数 ####

\-XX:+UseG1GC 开启G1  
\-XX:G1HeapRegionSize=n，region的大小，1~32M，2048个  
\-XX:MaxGCPauseMilles=200最大停顿时间  
\-XX:G1NewSizePercent，-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\*并发

#### 最佳实践 ####

##### 年轻代大小 #####

避免使用-Xmn、-XX:NewRatio等显示设置Young区大小，会覆盖停顿时间目标

##### 暂停时间目标 #####

暂停时间不要太苛刻，其吞吐量目标是90%的应用程序的时间和10%的垃圾回收时间，太苛刻会直接影响到吞吐量

##### 关于MixedGC调优 #####

#### 是否需要切换到G1 ####

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  
垃圾回收的时间特别长、超过了一秒

## 可视化gc日志分析工具 ##

### 打印日志相关参数 ###

\-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps  
\-XX:+PrintGCDateStamps  
\-Xloggc:$CATALINA\_HOME/logs/gc.log ：打印日志的位置  
\-XX:+PrintHeapAtGC  
\-XX:+PrintTenuringDistribution

### cms日志 ###

[https://blogs.oracle.com/poonam/understanding-cms-gc-logs][https_blogs.oracle.com_poonam_understanding-cms-gc-logs]

### g1日志 ###

[https://blogs.oracle.com/poonam/understanding-g1-gc-logs][https_blogs.oracle.com_poonam_understanding-g1-gc-logs]

### 在线工具：[http://gceasy.io/][http_gceasy.io] ###

### GCViewer ###

[https://github.com/chewiebug/GCViewer][https_github.com_chewiebug_GCViewer]  
直接启动java -jar 启动就可以了  
主要关注吞吐量和停顿时间这些值

## Tomcat的gc调优实战 ##

调优步骤：

*  打印gc日志
 *  根据gc日志得到关键性指标
 *  分析gc原因，调优jvm参数  
    初始化参数：  
    \-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps  
    \-XX:+PrintGCDateStamps -XX:+DisableExplicitGC  
    \-Xloggc:$CATALINA\_HOME/logs/gc.log ：打印日志的位置  
    \-XX:+PrintHeapAtGC  
    \-XX:+PrintTenuringDistribution  
    关于DisableExplicitGC这个，有必要了解一下，**如果启动了这个参数，不能显示调用gc，System.gc()这个方法就没用了，那么在某一些使用到堆外内存的框架如netty中，就会存在内存泄漏的风险。**  
    参考：[https://blog.csdn.net/aitangyong/article/details/39403031][https_blog.csdn.net_aitangyong_article_details_39403031]

### Parallel collector调优 ###

parallel gc调优指南：

*  除非确定，否则不要设置最大堆内存
 *  优先设置吞吐量目标
 *  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。
 *  吞吐量能达到，GC时间太长、设置停顿时间的目标。  
    在官方文档的这个地方：[https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/ergonomics.html\#sthref15][https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_ergonomics.html_sthref15]  
    介绍了parallell gc调优的两种方式：  
    1、设置最大停顿时间XX:MaxGCPauseMillis  
    2、设置吞吐量XX:GCTimeRatio  
    这两个参数只适用于paraller collector  
    而在介绍Parallel collector的的文章这里：[https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/parallel.html\#CHDCFBIF][https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_parallel.html_CHDCFBIF]  
    说了另外两种方式：  
    3、设置内存动态变化：XX:YoungGenerationSizeIncrement、XX:TenuredGenerationSizeIncrement、XX:AdaptiveSizeDecrementScaleFactor，每次gc之后，都会看gc前后的内存，从而增加或者减少内存  
    4、通过查看gc的情况，设置内存大小，可以设置Xms(initial heap size) 、Xmx(maximum heap size)和Xmn(新生代的大小)还有MetaspaceSize和MaxMetaspaceSize

### CMS GC调优 ###

由于jdk1.8之后更加推荐使用G1，所以cms的调优自己看官网：  
[https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/cms.html\#concurrent\_mark\_sweep\_cms\_collector][https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_cms.html_concurrent_mark_sweep_cms_collector]

### G1 GC调优 ###

g1gc调优指南：

##### 年轻代大小 #####

避免使用-Xmn、-XX:NewRatio等显示设置Young区大小，会覆盖停顿时间目标

##### 暂停时间目标 #####

暂停时间不要太苛刻，其吞吐量目标是90%的应用程序的时间和10%的垃圾回收时间，太苛刻会直接影响到吞吐量

##### 关于MixedGC调优 #####

\-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent  
\-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent、-XX:G1HeapWastePercent  
\-XX:G1MixedGCCountTarget  
\-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent  
其实这里的介绍就是官网的介绍  
官网：  
[https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/g1\_gc\_tuning.html\#recommendations][https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_g1_gc_tuning.html_recommendations]  
这里介绍了调优的三种方式：  
1、避免设置固定的内存例如Xms(initial heap size) 、Xmx(maximum heap size)和Xmn(新生代的大小)还有MetaspaceSize和MaxMetaspaceSize，但是可以必要条件下可以调这些参数  
2、设置最大停顿时间例如；MaxGCPauseMillis=100  
3、对于mixed gc参数的设置，如：  
\-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent、  
\-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent、  
\-XX:G1HeapWastePercent、  
\-XX:G1MixedGCCountTarget 、  
\-XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent

ps：最后思考一点，fullgc和young gc是相对parallel gc，而mixed是相对g1gc的吗？

[https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_index.html]: https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/index.html
[https_docs.oracle.com_javase_specs_jvms_se8_html_jvms-2.html_jvms-2.5]: https://docs.oracle.com/javase/specs/jvms/se8/html/jvms-2.html#jvms-2.5
[Link 1]: https://blog.csdn.net/jijijijwwi111/article/details/51564271
[https_www.zhihu.com_question_35164211]: https://www.zhihu.com/question/35164211
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2ZzdDQzODA2MDY4NA_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20220503/4330ccb57c20464580e61f4f8a4ac953.png
[https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_toc.html]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/toc.html
[https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_collectors.html]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/collectors.html
[https_zhuanlan.zhihu.com_p_22591838]: https://zhuanlan.zhihu.com/p/22591838
[https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_g1_gc_tuning.html_recommendations]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/g1_gc_tuning.html#recommendations
[https_blogs.oracle.com_poonam_understanding-cms-gc-logs]: https://blogs.oracle.com/poonam/understanding-cms-gc-logs
[https_blogs.oracle.com_poonam_understanding-g1-gc-logs]: https://blogs.oracle.com/poonam/understanding-g1-gc-logs
[http_gceasy.io]: http://gceasy.io/
[https_github.com_chewiebug_GCViewer]: https://github.com/chewiebug/GCViewer
[https_blog.csdn.net_aitangyong_article_details_39403031]: https://blog.csdn.net/aitangyong/article/details/39403031
[https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_ergonomics.html_sthref15]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/ergonomics.html#sthref15
[https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_parallel.html_CHDCFBIF]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/parallel.html#CHDCFBIF
[https_docs.oracle.com_javase_8_docs_technotes_guides_vm_gctuning_cms.html_concurrent_mark_sweep_cms_collector]: https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/cms.html#concurrent_mark_sweep_cms_collector