JVM垃圾收集

目录

1. 内存区域回顾
2. 机制介绍
3. 收集器介绍
4. 调优

内存区域回顾

垃圾回收机制

Java 对象生命周期

根搜索算法

从GC Roots对象为起点，开始向下搜索，搜索走过的路径称为引用链，当一个对象到GC Roots没有任何引用链时，此对象即为不可用，被判定为可回收对象。

标记过程

垃圾收集算法

堆内存区域划分

垃圾收集器

Serial - 新生代串行收集器

• 使用单线程进行垃圾回收
• 独占式
• 优点：实现简单，处理高效
• 缺点：Stop The World
• 使用-XX:+UseSerialGC指定使用
• JVM在Client模式下默认垃圾收集器

ParNew - 新生代并行收集器

• 实现和Serial相同，仅将GC线程改成多线程
• 优点：在多CPU情况下优于Serial
• 缺点：Stop The World
• -XX:+UseParNewGC
• GC线程数，-XX:ParallelGCThreads，
• 当CPU个数 < 8，ParallelGCThreads=CPU个数
• 当CPU个数 > 8，ParallelGCThreads=3 + ( (5 * CPU个数) / 8)

Parallel Scavenge - 新生代并行收集器

线程模型和ParNew相同，区别在于Parallel Scavenge收集器的目标是达到一个可以控制的吞吐量

• -XX:+UseParallelGC，指定使用
• -XX:MaxGCPauseMillis，设置最大停顿时间，大于0的整数
• -XX:GCTimeRatio，设置吞吐量大小，0~100整数，即运行用户代码时间 / 垃圾收集时间，默认值为99
• -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 自适应GC策略开关，在自适应模式下，新生代大小，survivor和eden区的比例、晋升老年代对象年龄等参数会被自动调整，以达到最合适的停顿时间，或最大吞吐量。

Serial Old - 老年代串行收集器

• 使用标记-整理算法
• 和Serial一样是串行独占式回收器
• 可和Serial，ParNew 搭配使用
• 缺点停顿时间可能会比较长

Parallel Old - 老年代并行收集器

• 使用标记-整理算法
• 和Parallel Scavenge一样是并行多线程收集器，也是关注于吞吐量
• -XX:+UseParallelOldGC
• 缺点停顿时间可能会比较长

CMS - 老年代并发收集器

全称：Concurrent Mark Sweep

• 基于标记-清除算法
• 一种以获取最短停顿时间为目标的收集器

初始标记、重新标记仍然需要“Stop The world”。初始标记只标记GC Roots能直接关联到的对象，速度很快，时间很短。并发标记进行GC Roots Tracing，比较耗时。重新标记修正并发标记期间，程序继续运行导致的标记变动。由于整个过程中耗时最长的并发标记和并发清除阶段，GC线程可以与用户线程一起工作，总体上来说CMS是一款并发收集器，这也是CMS停顿时间较短的原因。

• -XX:+UseConcMarkSweepGC 新生代使用并行收集器，老年代使用CMS + Serial Old

几个缺点

• Cpu很敏感，并发阶段默认线程数是（CPU数量+3）/ 4 , CPU不足4个时，对程序性能影响较大
• 无法处理浮动垃圾，清理阶段，用户线程继续运行会产生新的垃圾，可能出现“Concurrent Mode Failure”失败
• CMS使用标记-清除算法，会产生大量空间碎片

优化方案

• -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction, 设置CMS收集器老年代使用多少空间会被激活，另外当出现“Concurrent Mode Failure”时，将临时启用Serial Old收集器来重新对老年代进行收集
• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection, 开关参数，表示每次full GC后执行一次碎片整理。-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction, 设置执行多少次full GC后，来一次碎片整理

垃圾收集参数总结

参考：http://www.oracle.com/technetwork/java/javase/tech/vmoptions-jsp-140102.html

两种参数格式：

• 开关参数，比如 -XX:+UseSerialGC，“+”代表开，“-”代表关
• 值参数，比如 -XX:ParallelGCThreads=4

串行回收器（Serial + Serial Old）

-XX:+UseSerialGC 在新生代和老年代中使用串行收集器 -XX:SurvivorRatio 设置Eden与Survivor区大小比例 -XX:PretenureSizeThreshold 设置大对象直接进入老年代的阈值

并行GC（ParNew + CMS + Serial Old）

• -XX:+UseParNewGC 在新生代使用并行收集器，默认老年代使用Serial Old，ParNew + Serial Old 已过期，不再推荐使用
• -XX:+UseConcMarkSweepGC 新生代使用并行收集器，老年代使用CMS + Serial Old
• -XX:ParallelGCThreads 设置用于垃圾回收的线程数
• -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 设置CMS收集器在老年代空间被使用多少后触发, JDK7中默认为92%, CMSInitiatingOccupancyFraction = (100 - MinHeapFreeRatio) + (CMSTriggerRatio * MinHeapFreeRatio / 100)
• -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 设置CMS收集器在完成垃圾收集后是否进行一次内存碎片整理，默认为true
• -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 设定多少次CMS垃圾回收后，进行一次内存碎片整理，默认为0
• -XX:+CMSClassUnloadingEnabled 允许对类元数据进行回收
• -XX:CMSInitiatingPermOccupancyFraction 当永久代占用率达到这个百分比时，启用CMS回收（前提先开启CMSClassUnloadingEnabled）

并行GC（Parallel Scavenge + Parallel Old）

• -XX:UseParallelGC 新生代使用Parallel Scavenge，server模式下默认开启
• -XX:UseParallelOldGC 年老代使用Parallel Old， server模式下默认开启
• -XX:ParallelGCThreads 设置用于垃圾回收的线程数
• -XX:MaxGCPauseMillis 设置最大垃圾收集停顿时间
• -XX:GCTimeRatio 设置吞吐量大小，它的值是一个0~100之间的整数，执行用户代码的时间 / 垃圾收集时间
• -XX:+UseAdaptiveSizePolicy 打开自适应GC策略
• -XX:+PrintAdaptiveSizePolicy 打印自适应分代大小调整信息

其他

• -XX:MaxTenuringThreshold 设置对象进入老年代的年龄最大值，每一次Minor GC后，对象年龄加1，默认值15，使用ConcMarkSweep时默认6
• -XX:+DisableExplicitGC 禁用显式GC，System.gc() 失效
• -XX:+PrintGCDetails 显示GC日志详细信息
• -Xloggc:<filename> 将GC日志输出到日志文件
• -Xmx 堆最大大小
• -Xms 堆初始大小
• -Xmn 新生代大小，相当于NewSize和MaxNewSize固定为相同的值
• -XX:NewSize 新生代初始大小
• -XX:MaxNewSize 新生代最大大小
• -XX:PermSize 永久代初始大小
• -XX:MaxPermSize 永久代最大大小
• -XX:+PrintFlagsFinal 打印最终的参数值
• -XX:+PrintCommandLineFlags

内存分配和回收策略

• 对象优先在Eden区分配
• 大对象直接进入老年代, -XX:PretenureSizeThreshold, 设置大对象直接进入老年代的大小阈值。只在Serial GC 和ParNew GC时有效，尽量在程序中避免大对象的存在
• 长期存活的对象进入老年代, -XX:MaxTenuringThreshold, 对象经历MinorGC的次数，默认为15，不一定非要到达这个年龄才进入老年代。
• 空间分配担保

调优

GC日志收集参数

• -verbose:gc
• -XX:+PrintGCDetails
• -XX:+PrintGCDateStamps 显示gc日志时间年月日时分秒
• -XX:+PrintGCTimeStamps 显示gc日志距启动的时长
• -Xloggc:gcfile
• -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
• -XX:HeapDumpPath

GC日志解读

Times： user - 用户态消耗的cpu时间 sys - 内核态消耗的cpu时间 real - 操作从开始到结束经过的墙钟时间

GC日志收集分析工具

• jmap
• jstat / jstatd
• jconsole
• jVisualVM

上面工具的都包含在jdk bin目录下

• GCViewer

减少Full GC

• 将新对象预留在新生代

1. 增大新生代空间
2. 增大survivor区大小，-XX:SurvivorRatio，默认值8
3. 提高from区利用率 -XX:TargetSurvivorRatio, 默认值50

• 防止永久代满导致full GC
• 谨慎使用System.gc() // 堆外内存相关, -XX:+DisableExplicitGC --禁用

选择合适的垃圾收集器

吞吐量优先

使用ParallelGC + ParallelOldGC

降低停顿时间

使用ParNewGC + CMS，CMS对老年代的回收暂停时间远远小于ParallelOld

案例

见《jvm调优案例-xwiki吞吐量调优》