第一周JVM核心技术-工具与GC策略

• 2021 年 5 月 16 日
• 笔记
• Java进阶训练营

一、 JDK工具

1.1 内置命令行工具

1. jps

查看运行的java进程

jps

查看详细的java进程信息

jps -mlv

2. jstat

查看gc详细信息

jstat -gc pid 1000 100

pid可以根据jps命令得到，参数里的1000代表每1000毫秒统计一次，100代表统计100次

查看gc相关区域的使用率

jstat -gcutil pid 1000 100

3. jmap

查看堆内存

jmap -heap pid
jmap -histo pid
jmap -dump:format=b,file=xx.hprof
pid

4. jstack

查看线程的情况

jstack -l pid

5. jcmd

综合命令，能查看堆、线程等情况

jcmd pid VM.version
jcmd pid VM.flags
jcmd pid VM.command_line
jcmd pid VM.system_properties
jcmd pid Thread.print
jcmd pid GC.class_histogram
jcmd pid GC.heap_info

6. jrunscript/jjs

可以运行js脚本

jrunscript -e “print(‘abc’)”
jrunscript -l js -f test.js

1.2 JDK内置图形化工具

可自行下载了解

1. jconsole
2. jvisualvm
3. VisualGC
4. jmc

二、GC的背景与原理

2.1 识别存活对象

怎么判断对象没有引用了呢？

引用计数 -> 引用跟踪

引用计数：
引用计数的方法，无法循环调用的情况。如A调用B，B调用C，C调用A。这样他的引用计数永远不会为0，也就不能被回收。

引用跟踪：
根据一些GC ROOT对象，向下寻找他们引用的对象。

可以作为GC ROOT的对象：

• 当前正在执行的方法里的局部变量和输入参数
• 活动线程
• 所有类的静态字段
• JNI引用

2.2 GC算法

1. 清除算法

标记 – 清除

2. 复制算法

标记 – 复制

3. 整理算法

标记 – 清除 – 整理

2.3 垃圾回收器

1. Serial GC /ParNew GC

-XX:+UseSerialGC 配置串行 GC

Serial GC,也叫串行GC。年轻代使用复制算法，老年代使用整理算法。两者都是单线程的垃圾收集器，所以整个过程都是Stop-The-World。这种垃圾回收器适用于几百MB的堆内存，并且单核CPU时比较有用。

ParNew GC是Serial GC的多线程版本，一般是配合CMS使用。

2. Parallel GC

-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC

也叫并行GC，年轻代使用复制算法，老年代使用整理算法。可以通过
-XX：ParallelGCThreads=N 来指定 GC 线程数， 其默认值为 CPU 核心数

并行GC适用于多核服务器，主要目标是增加吞吐量。

• 在GC期间，所有CPU内核都在并发清理垃圾，所以总暂停时间会更短
• 在两次GC周期的间隔期，没有GC线程在运行，不会消耗任何线程资源

3. CMS

-XX：+UseConcMarkSweepGC

采用的标记清除算法。CMS的设计目标是避免长时间的卡顿。主要通过两种手段达成目标

• 不对老年代进行整理，而是使用空闲列表管理内存空间的回收
• 在标记-清除阶段的大部分工作和应用线程是一起并发执行的。

CMS清理的六个阶段

• 初始标记 标记根对象和根对象直接引用的对象
• 并发标记 从前一阶段找到的根对象算起，标记所有存活对象
• 并发预清理 因为是并发执行的，所以过程中可能有一些引用发生改变，JVM会通过Card的方式需要标记一下，这就是所谓的卡片标记
• 最终标记 本阶段的目标是完成所有对象的标记。
• 并发清除 删除不再使用的对象
• 并发重置 重置CMS算法的内部数据，为下一次GC循环做准备。

4. G1 GC

-XX:+UseG1GC -XX:MaxGCPauseMillis=50

G1的全称是Garbage-First，意为垃圾优先，哪一块垃圾最多就优先清理哪一块。

G1的设计目标是将STW的时间变成可预期且可配置的。

他不将堆分为年轻代和老年代，而是划分为多个（通常是2048）可以存放对象的小块区域.每个小块，可能一会被定义为Eden区，一会被定义为老年代。

这样划分之后，G1就可以不必每次都去收集整个堆空间，而是以增量的方式处理。

G1清理的阶段

• 初始标记 此阶段标记所有从GC根对象直接可达的对象。
• Root区扫描 标记从根区域可达的对象
• 并发标记
• 再次标记
• 清理

-XX：G1NewSizePercent：初始年轻代占整个 Java Heap 的大小，默认值为 5%；

-XX：G1MaxNewSizePercent：最大年轻代占整个 Java Heap 的大小，默认值为 60%；

-XX：G1HeapRegionSize：设置每个 Region 的大小，单位 MB，需要为 1，2，4，8，16，32 中的某个值，默 认是堆内存的 1/2000。如果这个值设置比较大，那么大对象就可以进入 Region 了。

-XX：ConcGCThreads：与 Java 应用一起执行的 GC 线程数量，默认是 Java 线程的 1/4，减少这个参数的数值可 能会提升并行回收的效率，提高系统内部吞吐量。如果这个数值过低，参与回收垃圾的线程不足，也会导致并行回收机制耗时加长。

-XX：+InitiatingHeapOccupancyPercent（简称 IHOP）：G1 内部并行回收循环启动的阈值，默认为 Java Heap 的45%。这个可以理解为老年代使用大于等于 45% 的时候，JVM会启动垃圾回收。这个值非常重要，它决定了在什么时间启动老年代的并行回收。

-XX：G1HeapWastePercent：G1停止回收的最小内存大小，默认是堆大小的 5%。GC 会收集所有的Region 中 的对象，但是如果下降到了5%，就会停下来不再收集了。就是说，不必每次回收就把所有的垃圾都处理完，可以遗留少量的下次处理，这样也降低了单次消耗的时间

-XX：+GCTimeRatio：这个参数就是计算花在 Java 应用线程上和花在 GC 线程上的时间比率，默认是 9，跟新生代内存的分
配比例一致。这个参数主要的目的是让用户可以控制花在应用上的时间，G1的计算公式是100/（1+GCTimeRatio）。这样如果参数设置为 9，则最多 10% 的时间会花在 GC工作上面。ParallelGC的默认值是 99，表示 1% 的时间被用在 GC 上面，
这是因为 Parallel GC 贯穿整个 GC，而 G1 则根据 Region来进行划分，不需要全局性扫描整个内存堆。

-XX：+UseStringDeduplication：手动开启 Java String 对象的去重工作，这个是 JDK8u20 版本之后新增的参数，主要用于
相同 String 避免重复申请内存，节约 Region 的使用。

-XX：MaxGCPauseMills：预期 G1 每次执行 GC 操作的暂停时间，单位是毫秒，默认值是 200 毫秒，G1 会尽量保证控制在
这个范围内

5. ZGC

-XX：+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseZGC -Xmx16g

主要特点：

1. GC最大停顿时间不超过10ms
2. 堆内存支持区域广，小到几百M，大到4TB
3. 与G1相比，应用吞吐量有下降，但不超过15%
4. JDk15前仅支持Linux系统

通过着色指针和读屏障，实现几乎全部的并发执行，几毫秒级别的延迟，线性可扩展；

多个垃圾回收器对比

GC如何选择？

选择正确的GC算法，唯一可行的方式就是实践，一般性的指导准则是：

1. 如果考虑吞吐量优先，CPU资源最大程度的处理业务，用Parallel GC
2. 如果考虑系统低延迟，则用CMS
3. 如果系统堆内存较大，同时希望平均GC时间可控，使用G1 GC。一般超过4G，算是比较大，超过8G ，比如16G-64G，非常推荐G1 GC

各版本默认垃圾回收器