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Java垃圾收集器的介绍以及JVM调优方法

这篇文章主要讲解了“Java垃圾收集器的介绍以及JVM调优方法”，文中的讲解内容简单清晰，易于学习与理解，下面请大家跟着小编的思路慢慢深入，一起来研究和学习“Java垃圾收集器的介绍以及JVM调优方法”吧！

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垃圾收集器

1.Serial

关注点：stw的时间 复制算法 STW

2.ParNew

关注点：stw的时间 Serial的多线程版本 复制算法 STW

参数 -XX:ParallelGCThreads 并行线程数

3.Parallel Scavenge

关注点：达到一个可控制的吞吐量（吞吐量优先） 复制算法 所谓吞吐量就是CPU运行用户代码的时间和CPU消耗的时间的比值，即吞吐量=运行用户代码时间/(运行用户代码时间+垃圾收集时间)。

Paralled Scavenge 收集器提供了两个参数用于精确控制吞吐量。分别是控制最大垃圾收集停顿时间的-XX：MaxGCPauseMillis ,以及直接设置吞吐量大小的-XX：GCTimeRatio 参数。

参数

-XX:MaxGCPauseMillis 
-XX:GCTimeRatio
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 自适应调节策略

old区

1.Serial Old

Serial的老年代版本 
JDK1.5之前可搭配Parallel Scavenge使用
在CMS发生Concurrent mode failure时使用
Mark-Compact

2.Parallel Old

Parallel Scavenge的老年代版本
JDK1.6出现 搭配Parallel Scavenge使用
Mark-Compact

3.CMS

-XX:+UseConcMarkSweepGC
Mark-Sweep
过程：初始标记 并发标记 重新标记 并发清除
初始标记和重新标记会STW
耗时最长是并发标记和并发清除
默认回收线程数：CMS默认启动的回收线程数目是 (ParallelGCThreads + 3)/4)，可以通过-XX:ParallelCMSThreads=20来设定

优点：并发低停顿
缺点：
1、对CPU资源非常敏感 
占用部分线程（CPU资源）导致应用程序变慢，吞吐量降低
默认线程数=（CPU数量+3）/4
2、无法处理浮动垃圾，可能出现Concurrent mode failure而导致另一次fullGC的产生
参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction默认68% CMS触发百分比，CMS执行期间，预留空间无法满足，就会出现Concurrent mode failure失败，启动后备SerialOld的方案，停顿时间更长了。（所以CMSInitiatingOccupancyFraction不能设置的过大）
3、内存碎片
参数-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection(停顿时间加长) 默认开启
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction(执行多少次不进行碎片整理的FullGC后进行一次带压缩的)

其他参数
初始标记的并行化-XX:+CMSParallelInitialMarkEnabled
为了减少第二次暂停的时间，开启并行remark: -XX:+CMSParallelRemarkEnabled,如果remark还是过长的话，可以开启-XX:+CMSScavengeBeforeRemark（在CMS GC前启动一次ygc，目的在于减少old gen对ygc gen的引用，降低remark时的开销-----一般CMS的GC耗时 80%都在remark阶段）

为了避免Perm区满引起的full gc，建议开启CMS回收Perm区选项：
+CMSPermGenSweepingEnabled -XX:+CMSClassUnloadingEnabled

-XX:+UseConcMarkSweepGC：设置年老代为并发收集。测试中配置这个以后，-XX:NewRatio=4的配置失效了，原因不明。所以，此时年轻代大小最好用-Xmn设置。
-XX:+UseParNewGC:设置年轻代为并行收集。可与CMS收集同时使用。JDK5.0以上，JVM会根据系统配置自行设置，所以无需再设置此值。

G1收集器

收集器组合开关选项

-XX:+UseSerialGC Serial+SerialOld
-XX:+UseParNewGC ParNew+SerialOld
-XX:+UseParallelGC ParallelScavenge+SerialOld 
-XX:+UseConcMarkSweepGC ParNew+CMS+SerialOld  FullGC算法：单线程的Mark Sweep Compact(MSC)
-XX:+UseParallelOldGC ParallelScavenge+Parallel Old  FullGC算法：PS MarkSweep

JVM参数

垃圾回收参数
-Xnoclassgc 是否对类进行回收
-verbose:class -XX:+TraceClassUnloading 查看类加载和卸载信息

-XX:SurvivorRatio Eden和其中一个survivor的比值
-XX:PretenureSizeThreshold 大对象进入老年代的阈值，Serial和ParNew生效
-XX:MaxTenuringThreshold 晋升老年代的对象年龄，默认15, CMS默认是4
-XX:HandlePromotionFailure 老年代担保
-XX:+UseAdaptiveSizePolicy动态调整Java堆中各个区域大小和进入老年代年龄
-XX:ParallelGCThreads 并行回收的线程数
-XX:MaxGCPauseMillis Parallel Scavenge参数，设置GC的最大停顿时间
-XX:GCTimeRatio  Parallel Scavenge参数，GC时间占总时间的比率，默认99%，即1%的GC时间
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction，old区触发cms阈值，默认68%
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection(CMS完成后是否进行一次碎片整理，停顿时间加长)
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction(执行多少次不进行碎片整理的FullGC后进行一次带压缩的)
-XX:+ScavengeBeforeFullGC，在fullgc前触发一次minorGC

垃圾回收统计信息
-XX:+PrintGC 输出GC日志
-verbose:gc等同于上面那个
-XX:+PrintGCDetails 输出GC的详细日志

堆大小设置
-Xmx:最大堆大小
-Xms:初始堆大小(最小内存值)
-Xmn:年轻代大小
-XX:NewSize和-XX:MaxNewSize 新生代大小
-XX:SurvivorRatio:3 意思是年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5
-XX:NewRatio=4:设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代）。设置为4，则年轻代与年老代所占比值为1：4，年轻代占整个堆栈的1/5
-Xss栈容量 默认256k
-XX:PermSize永久代初始值
-XX:MaxPermSize 永久代最大值

生产环境参数配置(CMS-GC)

Java < 8
    -server
    -Xms[g|m|k] -Xmx[g|m|k]
    -XX:PermSize=[g|m|k] -XX:MaxPermSize=[g|m|k]
    -Xmn[g|m|k]
    -XX:+DisableExplicitGC
    -XX:SurvivorRatio=
    -XX:+UseConcMarkSweepGC 
    -XX:+CMSParallelRemarkEnabled
    -XX:+CMSScavengeBeforeRemark
    -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly 
    -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=
    -XX:+PrintGCDateStamps -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:""
    -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=10 -XX:GCLogFileSize=100M
    -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=`date`.hprof
    -Dsun.net.inetaddr.ttl=
    -Djava.rmi.server.hostname=
    -Dcom.sun.management.jmxremote.port= 
    -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false 
    -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false

Java >= 8
    -server
    -Xms[g|m|k] -Xmx[g|m|k]
    -XX:MaxMetaspaceSize=[g|m|k]
    -Xmn[g|m|k]
    -XX:+DisableExplicitGC
    -XX:SurvivorRatio=
    -XX:+UseConcMarkSweepGC 
    -XX:+CMSParallelRemarkEnabled
    -XX:+CMSScavengeBeforeRemark
    -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
    -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=
    -XX:+PrintGCDateStamps -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:""
    -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=10 -XX:GCLogFileSize=100M
    -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumpPath=`date`.hprof
    -Dsun.net.inetaddr.ttl=
    -Djava.rmi.server.hostname=
    -Dcom.sun.management.jmxremote.port= 
    -Dcom.sun.management.jmxremote.authenticate=false 
    -Dcom.sun.management.jmxremote.ssl=false

理解GC日志

DefNew：Serial收集器新生代名称 - Tenured - Perm
ParNew：ParNew收集器新生代名称 - 
PSYoungGen：Parallel Scavenge收集器新生代名称

JVM调优

  • GC的时间足够的小

  • GC的次数足够的少

  • 发生Full GC的周期足够的长

前两个目前是相悖的，要想GC时间小必须要一个更小的堆，要保证GC次数足够少，必须保证一个更大的堆，我们只能取其平衡。

（1）针对JVM堆的设置，一般可以通过-Xms -Xmx限定其最小、最大值，为了防止垃圾收集器在最小、最大之间收缩堆而产生额外的时间，我们通常把最大、最小设置为相同的值

（2）年轻代和年老代将根据默认的比例（1：2）分配堆内存，可以通过调整二者之间的比率NewRadio来调整二者之间的大小，也可以针对回收代，比如年轻代，通过 -XX:newSize -XX:MaxNewSize来设置其绝对大小。同样，为了防止年轻代的堆收缩，我们通常会把-XX:newSize -XX:MaxNewSize设置为同样大小。-XX:PermSize，-XX:MaxPermSize设置为一样防止老年代收缩。 -XX:NewRatio=4:设置年轻代（包括Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代）。设置为4，则年轻代与年老代所占比值为1：4，年轻代占整个堆栈的1/5 -XX:MaxTenuringThreshold=0：设置垃圾最大年龄。如果设置为0的话，则年轻代对象不经过Survivor区，直接进入年老代。对于年老代比较多的应用，可以提高效率。如果将此值设置为一个较大值，则年轻代对象会在Survivor区进行多次复制，这样可以增加对象再年轻代的存活时间，增加在年轻代即被回收的概论。

（3）年轻代和年老代设置多大才算合理？这个我问题毫无疑问是没有答案的，否则也就不会有调优。我们观察一下二者大小变化有哪些影响 年轻代老年代设置：整个JVM内存大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐年轻代配置为整个堆的3/8。

  • 更大的年轻代必然导致更小的年老代，大的年轻代会延长普通GC的周期，但会增加每次GC的时间；小的年老代会导致更频繁的Full GC

  • 更小的年轻代必然导致更大年老代，小的年轻代会导致普通GC很频繁，但每次的GC时间会更短；大的年老代会减少Full GC的频率

  • 如何选择应该依赖应用程序对象生命周期的分布情况：如果应用存在大量的临时对象，应该选择更大的年轻代；如果存在相对较多的持久对象，年老代应该适当增大。但很多应用都没有这样明显的特性，在抉择时应该根据以下两点：（A）本着Full GC尽量少的原则，让年老代尽量缓存常用对象，JVM的默认比例1：2也是这个道理 （B）通过观察应用一段时间，看其他在峰值时年老代会占多少内存，在不影响Full GC的前提下，根据实际情况加大年轻代，比如可以把比例控制在1：1。但应该给年老代至少预留1/3的增长空间

（4）在配置较好的机器上（比如多核、大内存），可以为年老代选择并行收集算法： -XX:+UseParallelOldGC ，默认为Serial收集

（5）线程堆栈的设置：每个线程默认会开启1M的堆栈，用于存放栈帧、调用参数、局部变量等，对大多数应用而言这个默认值太了，一般256K就足用。理论上，在内存不变的情况下，减少每个线程的堆栈，可以产生更多的线程，但这实际上还受限于操作系统。 -Xss256k：设置每个线程的堆栈大小。JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。

（6）可以通过下面的参数打Heap Dump信息

  -XX:HeapDumpPath
  -XX:+PrintGCDetails
  -XX:+PrintGCTimeStamps
  -Xloggc:/usr/aaa/dump/heap_trace.txt
  通过下面参数可以控制OutOfMemoryError时打印堆的信息
  -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError

注：通过分析dump文件可以发现，每个1小时都会发生一次Full GC，经过多方求证，只要在JVM中开启了JMX服务，JMX将会1小时执行一次Full GC以清除引用.

性能分析工具

jps

-m 主类的参数 
-l 主类的全名，如果执行的是jar包，输出jar路径
-v 虚拟机参数

jstat

监视虚拟机运行状态信息，包括类装载、GC、运行期编译（JIT）
用于输出java程序内存使用情况，包括新生代、老年代、元数据区容量、垃圾回收情况
 jstat -gcutil 52670 2000 5 进程号 2s输出一次一共5次

S0：幸存1区当前使用比例
S1：幸存2区当前使用比例
E：伊甸园区使用比例
O：老年代使用比例
M：元数据区使用比例
CCS：压缩使用比例
YGC：年轻代垃圾回收次数
YGCT：年轻代垃圾回收消耗时间
FGC：老年代垃圾回收次数
FGCT：老年代垃圾回收消耗时间
GCT：垃圾回收消耗总时间

jmap

jmap：用于生成堆转储快照。一般称为dump或heapdump文件。
jmap -histo 3618
上述命令打印出进程ID为3618的内存情况，包括有哪些对象，对象的数量。但我们常用的方式是将指定进程的内存heap输出到外              部文件，再由专门的heap分析工具进行分析,例如mat（Memory Analysis Tool），所以我们常用的命令是：
jmap -dump:live,format=b,file=heap.hprof 3618
-F 强制生成dump快照

jstack

jstack：用户输出虚拟机当前时刻的线程快照，常用于定位因为某些线程问题造成的故障或性能问题。一般称为threaddump文件。
参数
-F当正常输出没有响应的时候强制打印栈信息，一般情况不需要使用
-l长列表. 打印关于锁的附加信息，一般情况不需要使用
-m 如果调用本地方法的话，可打印c/c++的堆栈

jinfo

查看和修改虚拟机参数

可视化工具 JConsole Java监视与管理控制台 VisualVM 多合一故障处理工具

Java Class文件类型前缀

Element Type        Encoding
boolean             Z
byte                B
char                C
double              D
float               F
int                 I
long                J
short               S 
class or interface  Lclassname;
[L代表了相应类型数组嵌套的层数

内存泄漏及解决方法

1.系统崩溃前的一些现象：

每次垃圾回收的时间越来越长，由之前的10ms延长到50ms左右，FullGC的时间也有之前的0.5s延长到4、5s

FullGC的次数越来越多，最频繁时隔不到1分钟就进行一次FullGC

年老代的内存越来越大并且每次FullGC后年老代没有内存被释放

之后系统会无法响应新的请求，逐渐到达OutOfMemoryError的临界值。

2.生成堆的dump文件 通过JMX的MBean生成当前的Heap信息，大小为一个3G（整个堆的大小）的hprof文件，如果没有启动JMX可以通过Java的jmap命令来生成该文件。

3.分析dump文件

下面要考虑的是如何打开这个3G的堆信息文件，显然一般的Window系统没有这么大的内存，必须借助高配置的Linux。当然我们可以借助X-Window把Linux上的图形导入到Window。我们考虑用下面几种工具打开该文件：

1.Visual VM 2.IBM HeapAnalyzer 3.JDK 自带的Hprof工具

使用这些工具时为了确保加载速度，建议设置最大内存为6G。使用后发现，这些工具都无法直观地观察到内存泄漏，Visual VM虽能观察到对象大小，但看不到调用堆栈；HeapAnalyzer虽然能看到调用堆栈，却无法正确打开一个3G的文件。因此，我们又选用了Eclipse专门的静态内存分析工具：Mat。

4.分析内存泄漏

通过Mat我们能清楚地看到，哪些对象被怀疑为内存泄漏，哪些对象占的空间最大及对象的调用关系。针对本案，在ThreadLocal中有很多的JbpmContext实例，经过调查是JBPM的Context没有关闭所致。

另，通过Mat或JMX我们还可以分析线程状态，可以观察到线程被阻塞在哪个对象上，从而判断系统的瓶颈。

5.回归问题

Q：为什么崩溃前垃圾回收的时间越来越长？

A:根据内存模型和垃圾回收算法，垃圾回收分两部分：内存标记、清除（复制），标记部分只要内存大小固定，时间是不变的，变的是复制部分，因为每次垃圾回收都有一些回收不掉的内存，所以增加了复制量，导致时间延长。所以，垃圾回收的时间也可以作为判断内存泄漏的依据

Q：为什么Full GC的次数越来越多？

A：因此内存的积累，逐渐耗尽了年老代的内存，导致新对象分配没有更多的空间，从而导致频繁的垃圾回收

Q:为什么年老代占用的内存越来越大？

A:因为年轻代的内存无法被回收，越来越多地被Copy到年老代

调优方法

一切都是为了这一步，调优，在调优之前，我们需要记住下面的原则：

1、多数的Java应用不需要在服务器上进行GC优化；

2、多数导致GC问题的Java应用，都不是因为我们参数设置错误，而是代码问题；

3、在应用上线之前，先考虑将机器的JVM参数设置到最优（最适合）

4、减少创建对象的数量；

5、减少使用全局变量和大对象；

6、GC优化是到最后不得已才采用的手段；

7、在实际使用中，分析GC情况优化代码比优化GC参数要多得多；

GC优化的目的有两个

1、将转移到老年代的对象数量降低到最小；

2、减少full GC的执行时间；

为了达到上面的目的，一般地，你需要做的事情有：

1、减少使用全局变量和大对象；

2、调整新生代的大小到最合适；

3、设置老年代的大小为最合适；

4、选择合适的GC收集器

感谢各位的阅读，以上就是“Java垃圾收集器的介绍以及JVM调优方法”的内容了，经过本文的学习后，相信大家对Java垃圾收集器的介绍以及JVM调优方法这一问题有了更深刻的体会，具体使用情况还需要大家实践验证。这里是创新互联，小编将为大家推送更多相关知识点的文章，欢迎关注！


新闻名称：Java垃圾收集器的介绍以及JVM调优方法
本文来源：http://6mz.cn/article/gocpjj.html

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