Jvm垃圾收集器调优工具调优指南
文章目录
- 参考文档
- Jvm体系结构图
- Jvm 垃圾回收(garbage collection)
- 1. 如何确定一个对象是垃圾
- 1.1 引用计数法
- 1.2 可达性分析
- 2. 垃圾回收算法
- 2.1 标记清除算法
- 2.2 复制算法
- 2.3 标记整理
- 3. 分代收集算法
- 4. HotSpot的垃圾收集器
- 4.1 Serial收集器
- 4.2 ParNew收集器
- 4.3 Parallel Scavenge收集器(1.8默认使用)
- 4.4 Serial Old收集器
- 4.5 Parallel Old收集器
- 4.6 CMS收集器（jdk1.5默认收集器）
- 4.7 G1收集器（Garbage - First：垃圾优先；jdk 9默认收集器）
- Jvm调优
- 1.1 收集器分析
- 1.2 怎么查看有哪些可配置参数？
- 1.3 调优参数类型
- 1.4 分析工具
- 1.5 常用命令
- 1.6 常用参数含义
参考文档
- OpenJdk官网地址
- 垃圾回收文档介绍
Jvm体系结构图
Jvm 垃圾回收(garbage collection)
1. 如何确定一个对象是垃圾
- 想要了解垃圾回收，必须清楚什么事垃圾
1.1 引用计数法
在对象创建时，会生成引用计数器，占用4个字节，创建时即为1
获得retain消息时会加1，获得release消息时会减1
对于某个对象而言，只要应用程序中持有该对象的引用，就说明该对象不是垃圾
对象被引用时，引用计数器加一
如果一个对象没有任何指针对其引用，它就是垃圾
弊端：对于两个对象相互引用的case，会导致永远无法回收
/*** 引用计数算法，判断对象是否为垃圾（可回收）*/ public class JudgeGarbageDemo1 {public static void main(String[] args) {JudgeGarbageObj obj1 = new JudgeGarbageObj();//创建对象，局部变量入栈，引用计数器+1=1JudgeGarbageObj obj2 = new JudgeGarbageObj();//创建对象，局部变量入栈，引用计数器+1=1obj1.obj = obj2;//obj2 被 obj1引用，obj2的引用计数器+1 = 2obj2.obj = obj1;//obj1 被 obj2引用，obj1的引用计数器+1 = 2obj1 = null;//obj1 栈中的引用释放，引用计数器-1 = 1obj2 = null;//obj2 栈中的引用释放，引用计数器-1 = 1//obj1 和 obj2 在引用计数算法来判断是否为垃圾，则无法被回收且不可达，内存泄露} }
1.2 可达性分析
- 通过GC Root的对象，向下查找，能找到的对象即可达对象，否则视为垃圾
- 能作为GC Root：
- 类加载器：由系统类加载器(system class loader)加载的对象
- 虚拟机栈的本地变量表（栈包含：本地变量表，操作数栈、栈针：（动态链接，返回地址，即时信息））
- 常量池中的引用等
2. 垃圾回收算法
2.1 标记清除算法
- 标记：找出内存中需要回收的对象并标记（此操作需要扫描堆中所有数据，才能确定要回收的对象，比较耗时）
- 清除：清除需要被回收的对象，释放内存空间
- 缺点：
- 标记和清除两个过程都比较耗时，影响性能
- 清除内存后，会产生内存碎片，内存利用率下降
2.2 复制算法
- 将内存划分为两块相等的区域，每次只使用其中一个
- 当正在使用的区域1无可用内存时，将仍存活的内存复制到另一块区域2，清除1内的数据
- 优点：清除效率较快；缺点：内存利用率很低
2.3 标记整理
标记过程仍然与"标记-清除"算法一样，但是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，然后直接清理掉端边界以外的内存
3. 分代收集算法
- young区：复制算法(对象在被分配之后，可能生命周期比较短_oracle官方统计98%的对象时朝生夕死，Young区复制效率比较高)
- 抛出个问题：如果MinorGc时S0区不够用，会怎样？？？
- 分配担保机制
- 抛出个问题：如果MinorGc时S0区不够用，会怎样？？？
- old区：标记清除或标记整理(Old区对象存活时间比较长，复制来复制去没必要)
4. HotSpot的垃圾收集器
- 基于算法理论知识的落地实现
4.1 Serial收集器
Serial是jdk1.3.1之前新生代垃圾回收的唯一选择
Serial是一种单线程收集器，所以在垃圾回收的过程中会全程STW
优点：简单高效，拥有很高的单线程收集效率 (高效是指未出现多核cpu出现的阶段->单核的情况) 缺点：收集过程需要暂停所有线程 算法：复制算法 适用范围：新生代
4.2 ParNew收集器
可以理解为Serial的多线程版本
优点：在多CPU时，比Serial效率高。 缺点：收集过程暂停所有应用程序线程，单CPU时比Serial效率差。 算法：复制算法 适用范围：新生代
4.3 Parallel Scavenge收集器(1.8默认使用)
以停顿时间&吞吐量为优先关注点
该收集器是一个新生代收集器，使用复制算法并且是多线程收集器，看着个ParNew差不多，但它关注的是系统的吞吐量
# 吞吐量=运行用户代码的时间/(运行用户代码的时间+垃圾收集时间) # 比如虚拟机总共运行了100分钟，垃圾收集时间用了1分钟，吞吐量=(100-1)/100=99%。 # 若吞吐量越大，意味着垃圾收集的时间越短，则用户代码可以充分利用CPU资源，尽快完成程序的运算任务。 -XX:MaxGCPauseMillis控制最大的垃圾收集停顿时间， -XX:GCTimeRatio直接设置吞吐量的大小。# 开启了自适应开关，jvm会自动调整配置大小，包含xms和xmx -XX:+UseAdaptiveSizePolicy需要解释的事，设置了最大停顿时间并不代表一定小于改时间，收集器会尽量保证停顿时间小于设置的值
原理，通过自适应调整分区的大小来实现
4.4 Serial Old收集器
- Serial Old收集器是Serial收集器的老年代版本，也是一个单线程收集器，不同的是采用"标记-整理算法"。
4.5 Parallel Old收集器
- Parallel Old收集器是Parallel Scavenge收集器的老年代版本，使用多线程和"标记-整理算法"进行垃圾回收
4.6 CMS收集器（jdk1.5默认收集器）
描述：CMS(Concurrent Mark Sweep)收集器是一种以获取 最短回收停顿时间 为目标的收集器。采用的是"标记-清除算法"
整个过程分为4步
(1)初始标记 CMS initial mark 标记GC Roots能关联到的对象 Stop The World-- ->速度很快 1.8之后初始标记是并发进行（-XX:+CMSParallelInitialMarkEnable开关） (2)并发标记 CMS concurrent mark 进行GC Roots Tracing (3)重新标记 CMS remark 修改并发标记因用户程序变动的内容 Stop The World (4)并发清除 CMS concurrent sweep整体过程如图（并发预处理不在图中_列入并发标记中，也是标记操作）
重新标记：是重新全量扫描吗？
CMS将Old区分为多个块（分区管理）
在并发标记新产生的对象所在的块会在card table进行记录（card table管理跨代引用）
- Obj1.obj = Obj2，会在Obj1的对象中开辟空间记录Obj2的引用
然后对表示的对象进行重新扫描即可
回收阈值：
#开启设置回收阈值生效(不开启的话，回收阈值的配置只会生效一次) -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly #设置触发回收阈值（int类型 1-100 ）,默认不开启，值为-1 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 #---------------------------------------- #如果未开启回收阈值，则使用公式结果来触发 # （(100 - MinHeapFreeRatio）+ (double)(CMSTriggerRatio * MinHeapFreeRatio) )/100内存整理：
#开启old区内存整理(默认开启) -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection #设置在几次full gc后进行内存整理(默认0，每次都整理) -XX:CMSFullGCsBeForeCompaction自适应策略：
# 开启了自适应开关，jvm会自动调整配置大小，包含xms和xmx -XX:+UseAdaptiveSizePolicy优点：并发收集、低停顿、具有担保机制；追求快
缺点：
- 单核或双核的硬件下，效率低
- 预处理阶段最长会5秒钟，效率低
- 并发阶段会降低吞吐量：gc整体时间延长
- 全量扫描堆，包含新生代
- 并发预处理等待一次young gc后（young gc的结果必须小于配置值）继续重新标记，最多等待5秒
- CMSScheduleRemarkEdenPenetration 百分比 CMSScheduleRemarkEdenSizeThreshold大小
- 并发不能保证：并发阶段会产生新的垃圾，CMS必须要在堆内存满之前完成gc，
- 否则并发模式background失败，将触发担保机制foreg ound模式
- 收集器切换到serial收集器（串行收集，全过程STW）
- 标记清楚算法无法对内存碎片进行整理，会产生较多的碎片
4.7 G1收集器（Garbage - First：垃圾优先；jdk 9默认收集器）
官网介绍地址
简述：
G1收集器，Java堆的内存布局与其他收集器有很大差别，它将整个Java堆划分为多个大小相等的独立区域（Region），虽然还保留有新生代和老年代的概念，但新生代和老年代不再是物理隔离的了，它们都是一部分Region（不需要连续）的集合。
尽可能多的回收更多的垃圾
内存模型（将内存划分为多个Region区）
- Humongous：大对象区
Region区：逻辑分区、可转换角色；参数控制每个区1-32M（jdk 8中）；默认有2048个Region
- 所以最小堆内存是 1M * 2048 = 2G ？？ 会根据最大堆内存和最小堆内存的平均值计算出Region大小和卡表的大小
- CardTable卡表：计算每个Region的状态
- Rset（RememberSet）即引用集 ：记录引用关系，有两种方式，eg：Obj1.obj = Obj2
- point out：会在Obj1的对象中开辟空间记录Obj2的引用（CMS）
- point in：在Obj2的对象中开辟空间记录Obj1（G1使用模式）
- 角色可转换（Region的reset的一部分功能）
三色标记算法（SATB - Snapshot-At-The-Beginning）_简单描述
- 将不同状态的对象标记不同的颜色，例如
- 将已扫描完成的对象标记为黑色
- 将正在扫描的对象标记为灰色
- 将未扫描的对象标记为白色（可回收的对象）
对象分配流程（快速分配，慢速分配）
- TLAB简述：Thread Local Allocation Buffer，线程本地分配缓冲区（线程专用的内存分配区域）
- 默认TLAB是开启的 ，配置参数 -XX:+UseTLAB
- 通过参数：-XX:TLABWasteTargetPercent设置TLAB空间所占用Eden空间的百分比大小
- 开启后，在每个线程初始化时，会申请一块指定大小的内存，只给当前线程使用，这样每个线程都单独拥有一个空间，如果需要分配内存，就在自己的空间上分配
再次分配新的TLAB解释：对TLAB可以设置最大浪费空间，当TLAB空间小于最大浪费空间且所需空间不够用，则可以申请空间
如何完成可预测时间停顿
- 经过价值分析（算法），优先回收价值高的region
如果解决空间碎片
- region的角色可以变更
自适应策略：
- 在xms和xmx的基础上进行调优
特点：
- 并发与并行
- 分代收集
- 空间整合（整体上属于“标记-整理”算法（局部复制算法），不会导致空间碎片）
- 可预测的停顿（Parallel Old收集器的特性）
工作过程：
- 初始标记： 标记一下GC Roots能够关联的对象，并且修改TAMS的值，需要暂停用户线程
- 并发标记： 从GC Roots进行可达性分析，找出存活的对象，与用户线程并发执行
- 最终标记： 修正在并发标记阶段因为用户程序的并发执行导致变动的数据，需暂停用户线程
- 筛选回收： 对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间制定回收计划
Jvm调优
1.1 收集器分析
ParNew
- 内存小于6G
- cpu小于4核
- 对gc时间没有硬性要求的可以使用
Parallel Scavenge
- 内存小于6G
- cpu小于4核
- 对STW时间有这较高的要求
- 需要控制gc的吞吐率，整体gc占用时间比
CMS收集器
- cup>=4核
- 追求gc时间越短越好
- 最小堆内存6G
- 堆内存太小会造成频繁gc
- S区太小会造成存活对象提前进入Old区
- Old区取消了整理阶段，会产生内存碎片，到时容易触发FullGC
- Old区不够用时会触发担保机制，使用Serial Full GC来回收
- 抢占cpu资源的成本更大
G1收集器
cup>=4核
对STW时间有这较高的要求
需要控制gc的吞吐率，整体gc占用时间比
最小对内存6G：G1的第一个重点是为运行需要大量GC延迟的应用程序的用户提供一个解决方案。这意味着堆大小约为6GB或更大，并且稳定且可预测的暂停时间低于0.5秒。
- 超过50%的Java堆被存活对象占用
- 大对象比较都的情况下
- 垃圾回收时间较长，大于0.5到1s
- 参考文档：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/G1.html#use_cases
建议设置-xmn设置年轻代大小或-XX:NewRatio设置年轻代与老年代的比例（会影响自适应调整内存策略，影响吞吐量）
- 参考文档：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/g1_gc_tuning.html#recommendations
建议只调整低停顿、高吞吐量的参数；没有特殊的需求，自适应一般比配置的好
1.2 怎么查看有哪些可配置参数？
查看jvm支持哪些参数：
#VM options中开启输出jvm支持的flags -XX:+PrintFlagsFinal可查看目前开启了哪些配置
查看哪些配置被修改过： :=代表修改过； = 代表未修改过
1.3 调优参数类型
Boolean类型；例如 -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly 开启阈值设置项
- +代表开启，-代表不开启
kv类型；例如 -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 阈值设置为80%
- v的取值范围0-100
https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/)
1.4 分析工具
- 分析gc日志工具：https://gceasy.io
mat下载地址：http://www.eclipse.org/mat/downloads.php
Jconsole、jvisualvm
- 可查看jvm实时或历史的堆、类加载、cpu、线程状态信息
Arthas（阿里开源）
- github地址：https://github.com/alibaba/arthas
- 可随时打开和关闭监控开关，不占用服务器任何资源
- 不仅可以监控，还有诊断的能力
- 已有100多家大型公司接入
1.5 常用命令
jps -l 查看java进程
jinfo 查看jvm的参数和实时调整参数（ps -ef也能把参数显示出来）
jinfo -flags pid 查看进程所有jvm参数配置
jinfo -flag name pid 查看某个java进程的name属性的值
jinfo -flags pid jinfo -flag MaxHeapSize pid jinfo -flag UseG1GC pid
实时修改jvm参数
-flag [+|-] pid：设置指定JVM参数的布尔值
-flag = pid：设置指定JVM参数的值
jinfo -flag +PrintGC pid jinfo -flag MaxHeapSize=1024 pid
Jstat、jstack、jmap等
jmap -dump:format=b,file=heap.hprof PID
1.6 常用参数含义
-XX:CICompilerCount=3 最大并行编译数 如果设置大于1，虽然编译速度会提高，但是同样影响系统稳定性，会增加JVM崩溃的可能
-XX:InitialHeapSize=100M 初始化堆大小 简写-Xms100M
-XX:MaxHeapSize=100M 最大堆大小 简写-Xmx100M
-XX:NewSize=20M 设置年轻代的大小
-XX:MaxNewSize=50M 年轻代最大大小
-XX:OldSize=50M 设置老年代大小
-XX:MetaspaceSize=50M 设置方法区大小
-XX:MaxMetaspaceSize=50M 方法区最大大小
-XX:+UseParallelGC 使用UseParallelGC 新生代，吞吐量优先
-XX:+UseParallelOldGC 使用UseParallelOldGC 老年代，吞吐量优先
-XX:+UseConcMarkSweepGC 使用CMS 老年代，停顿时间优先
-XX:+UseG1GC 使用G1GC 新生代，老年代，停顿时间优先
-XX:NewRatio 新老生代的比值 比如-XX:Ratio=4，则表示新生代:老年代=1:4，也就是新生代占整个堆内存的1/5
-XX:SurvivorRatio 两个S区和Eden区的比值 比如-XX:SurvivorRatio=8，也就是(S0+S1):Eden=2:8
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 启动堆内存溢出打印
-XX:HeapDumpPath=heap.hprof 指定堆内存溢出打印目录 表示在当前目录生成一个heap.hprof文件
打印出GC日志 可以使用不同的垃圾收集器，对比查看GC情况
- XX:+PrintGCDetails -
- XX:+PrintGCTimeStamps
- XX:+PrintGCDateStamps
- Xloggc:$CATALINA_HOME/logs/gc.log
-Xss128k 设置每个线程的堆栈大小 一般是3000-5000最佳
-XX:MaxTenuringThreshold=6 提升年老代的最大临界值 默认值为 15
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 启动并发GC周期时堆内存使用占比；G1之类的垃圾收集器用它来触发并发GC周期,基于整个堆的使用率,而不只是某一代内存的使用比. 值为 0 则表示”一直执行GC循环”. 默认值为 45.
-XX:G1HeapWastePercent 允许的浪费堆空间的占比 默认是10%，如果并发标记可回收的空间小于10%,则不会触发MixedGC。
-XX:MaxGCPauseMillis=200ms G1最大停顿时间；暂停时间不能太小，太小的话就会导致出现G1跟不上垃圾产生的速度。最终退化成Full GC。
-XX:ConcGCThreads=n 并发垃圾收集器使用的线程数量 默认值随JVM运行的平台不同而不同
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