java架構之路-（JVM優化與原理）JVM之G1回收器和常見參數配置

  • 2019 年 10 月 3 日
  • 筆記

　　過去的幾天里，我把JVM內部的垃圾回收演算法和垃圾回收器。還剩下最後一個G1回收器沒有說，我們今天數一下G1回收器和常見的參數配置。

G1回收器

G1 (Garbage-First)是一款面向伺服器的垃圾收集器，主要針對配備多顆處理器及大容量記憶體的機器，以極高概率滿足GC停頓時間要求的同時,還具備高吞吐量性能特徵。我們會想一下我們上次課說的parNew+CMS回收器已經很厲害了，但是我們的伺服器是那種超大記憶體的伺服器呢？比如記憶體是32G的，可能最後我們的堆記憶體需要分配到十多個G，我們用parNew+CMS對於STW時間還是很長的，需要清理的越多，時間消耗越長啊，但是我們的G1垃圾回收器可以做到限制時間來收集，我們先看一下G1的模型圖。

來解釋一下這個圖，G1垃圾回收器，會把你的堆記憶體分為大小相等的獨立區域（Region），JVM最多可以分配2048個Region，一般Region大小等於堆大小除以2048，比如堆大小為4096M，則Region大小為2M，當然也可以 用參數”-XX:G1HeapRegionSize”手動指定Region大小，每個Region的狀態不確定，可能是Eden區域，也可能是Old區域，不需要原有的聯繫設置，這裡說一下以前沒有提到的Humongous區域，他是用來存儲大對象的，大對象的判定規則就是一個大對象超過了一個Region大小的50%，比如按 照上面算的，每個Region是2M，只要一個大對象超過了1M，就會被放入Humongous中視對象大小而定格子的連續數目。

默認年輕代對堆記憶體的佔比是5%，如果堆大小為4096M，那麼年輕代佔據200MB左右的記憶體， 對應大概是100個Region，可以通過“-XX:G1NewSizePercent”設置新生代初始佔比，在系統 運行中，JVM會不停的給年輕代增加更多的Region，但是最多新生代的佔比不會超過60%，可以 通過“-XX:G1MaxNewSizePercent”調整。年輕代中的Eden和Survivor對應的region也跟之前 一樣，默認8:1:1，假設年輕代現在有1000個region，eden區對應800個，s0對應100個，s1對應 100個。

G1收集器一次GC的運作過程大致分為以下幾個步驟:
初始標記(initial mark，STW):暫停所有的其他執行緒，並記錄下gc roots直接能引用的對象，速度很快 ;
並發標記(Concurrent Marking):同CMS的並發標記
最終標記(Remark，STW):同CMS的重新標記
篩選回收(Cleanup，STW):篩選回收階段首先對各個Region的回收價值和成本進行排序，根據用戶所期望的GC停頓時間(可以用JVM參數 -XX:MaxGCPauseMillis指定)來制定回收計劃，就是說我們希望每次STW時間只是100ms，我們可以指定垃圾回收完成時間為100ms，但是100ms是不一定完全回收完成的，我們會按照每一個格子的回收消耗時間來排序，由小到大進行回收處理，直到時間為100ms為止。
這裡的回收演算法是複製演算法，也就是我們把每一個小格子的對象進行處理，把有用的對象複製到空格子內，把原有格子清空，需要注意一點的是不需要再次整理記憶體碎片，舉一個實例，Region1和Region2都需要回收，他們的大小都為2M，Region1有0.3M的對象是有用的，Region2的對象有0.6是有用，這時他們會共同放在一個空的小格子內佔用0.9M的大小。
與我們以前熟悉的YoungGC和OldGC所不同的是G1的回收器有三種GC，分別為：
YoungGC：
YoungGC並不是說現有的Eden區放滿了就會馬上觸發，G1會計算下現在Eden區回收大概要多久時間，如果回收時間遠遠小於參數 -XX:MaxGCPauseMills 設定的值，那麼增加年輕代的region，繼續給新對象存放，不會馬上做YoungGC，直到下一次Eden區放滿，G1計算回收時間接近參數 -XX:MaxGCPauseMills 設定的值，那麼就會觸發YoungGC

MixedGC：

不是FullGC，老年代的堆佔有率達到參數(-XX:InitiatingHeapOccupancyPercen)設定的值則觸發，回收所有的Young和部分Old(根據期望的GC停頓時間確定old區垃圾收集的優先順序)以及大對象區，正常情況G1的垃圾收集是先做MixedGC，主要使用複製演算法，需要把各個region中 存活的對象拷貝到別的region里去，拷貝過程中如果發現沒有足夠的空region能夠承載拷貝對象 就會觸發一次Full GC

Full GC：

停止系統程式，然後採用單執行緒進行標記、清理和壓縮整理，好空閑出來一批Region來供下一次MixedGC使用，這個過程是非常耗時的。

JVM參數配置以及優化（JDK1.8）

棧相關

-Xss->設置單個執行緒棧大小，比如-Xss512K，數值越小，一個執行緒棧里能分配的棧幀就越少，說明可以開啟的執行緒數越多

方法區（元空間）

-XX:MetaspaceSize->設置方法區的大小，也是觸發GC的閾值，比如-XX:MetaspaceSize=256M

-XX:MaxMetaspaceSiz->設置方法區的最大值，比如-XX:MaxMetaspaceSize=256M 

堆相關

-Xms->jvm啟動時分配的記憶體，比如‐Xms200m

-Xmx->jvm運行過程中分配的最大記憶體，比如-Xmx500m

-Xmn->設置年輕代大小，比如-Xmn2g

-XX:NewSize->設置年輕代大小 比如-XX:NewSize=2g

-XX:PretenureSizeThreshold->可以設置大對象的大小，比如-XX:PretenureSizeThreshold=100000000 單位為btye。

-XX:MaxTenuringThreshold->設置分代年齡，比如-XX:MaxTenuringThreshold=10 默認為15。

-XX:-HandlePromotionFailure->老年代分配擔保機制參數，1.8默認開啟。

-XX:-UseAdaptiveSizePolicy->禁止JVM自動優化eden和Survivor默認比例8：1：1，反之JVM默認有這個參數-XX:+UseAdaptiveSizePolicy，會導致這個比例自動變化。

-XX:SurvivorRatio->設置Eden和Survivor大小比如 -XX:SurvivorRatio =8，注意Survivor區有兩個。表示Eden：Survivor=8：2，一個Survivor區占整個年輕代的1/10。

-XX:NewRatio->設置老年代和年輕代的比值大小 比如-XX:NewRatio=4，表示年老代和年輕代比值為4：1。

回收器相關

Serial收集器

-XX:+UseSerialGC->指定年輕代為Serial收集器

-XX:+UseSerialOldGC->指定老年代為Serial收集器

ParNew收集器

-XX:+UseParNewG->指定年輕代為ParNew收集器

Parallel Scavenge收集器

-XX:+UseParallelGC->指定年輕代為Parallel收集器

-XX:+UseParallelOldGC->指定老年代為Parallel收集器

-XX:ParallelGCThreads->指定GC工作的執行緒數量

CMS收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC->指定指定老年代為CMS收集器

-XX:ConcGCThreads->並發的GC執行緒數

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection->FullGC之後是否做壓縮整理(減少碎片)

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction->多少次FullGC之後壓縮一次，默認是0，代表每次FullGC後都會壓縮一次，比如-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0 

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction->當老年代使用達到該比例時會觸發FullGC(默認是92，這是百分比)，比如-XX:CMSInitiatingOccupancyFaction=92

-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly->只使用設定的回收閾值(-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction設定的值)，如果不指定，JVM僅在第一次使用設定值，後續則會自動調整

-XX:+CMSScavengeBeforeRemark->在CMSGC前啟動一次minor gc，目的在於減少老年代對年輕代的引用，降低CMS GC的標記階段時的開銷，一般CMS的GC耗時80%都在 remark階段 

G1收集器

-XX:+UseG1GC->開啟G1收集器

-XX:G1HeapRegionSize->指定分區大小(1MB~32MB，且必須是2的冪)，默認將整堆劃分為2048個分區

-XX:MaxGCPauseMillis->目標暫停時間(默認200ms)

-XX:G1NewSizePercent->新生代記憶體初始空間(默認整堆5%)

-XX:G1MaxNewSizePercent->新生代記憶體最大空間

-XX:TargetSurvivorRatio->Survivor區的填充容量(默認50%)，Survivor區域里的一批對象(年齡1+年齡2+年齡n的多個年齡對象)總和超過了Survivor區域的50%，此時就會把年齡n(含)以上的對象都放入老年代

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent->老年代佔用空間達到整堆記憶體閾值(默認45%)，則執行 新生代和老年代的混合收集(MixedGC)，比如我們之前說的堆默認有2048個region，如果有接近 1000個region都是老年代的region，則可能就要觸發MixedGC了

-XX:G1HeapWastePercent->默認5%，gc過程中空出來的region是否充足閾值，在混合回收的時候，對Region回收都是基於複製演算法進行的，都是把要回收的Region里的存活對象放入其他 Region，然後這個Region中的垃圾對象全部清理掉，這樣的話在回收過程就會不斷空出來新的 Region，一旦空閑出來的Region數量達到了堆記憶體的5%，此時就會立即停止混合回收，意味著 本次混合回收就結束了。

-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent->默認85%，region中的存活對象低於這個值時才會回收該region，如果超過這個值，存活對象過多，回收的的意義不大。

-XX:G1MixedGCCountTarget->在一次回收過程中指定做幾次篩選回收(默認8次)，在最後一個篩選回收階段可以回收一會，然後暫停回收，恢復系統運行，一會再開始回收，這樣可以讓系統不至於單次停頓時間過長。 

日誌調優相關

-XX:+PrintGCDetails->列印GC日誌

-XX:+PrintGCTimeStamps->列印GC時間

-XX:+PrintGCDateStamps->列印GC日期

-Xloggc->將GC日誌保存為文件，比如-Xloggc:./gc.log

有興趣的小夥伴可以自學一下jmap -heap PID，jstat -gc PID（個人認為這個超級重要），javap -c ***.class，Jstack等調優命令，線上儘力別用jvisualvm命令，消耗性能，很多公司禁用jvisualvm命令

我們來回顧一下我們JVM都說了什麼知識點。

一，類載入過程：載入-驗證-準備-解析-初始化-使用-卸載

二，雙親委派機制。

三，記憶體運行模型（堆和棧）

四，記憶體分區老年代和年輕代，年輕代包含Eden區和Survivor區。

五，GC回收minor和fullGC，什麼時候會觸發fullGC，重點是對象動態年齡判斷和老年代擔保分配機制。

六，垃圾回收的演算法，三種，複製，標記清理，標記整理。

七，垃圾回收器五種，串列的Serial，並行的parNew，高CPU的Parallel，常用的CMS和大記憶體的G1。

八，常用命令。

很多都是孰能生巧的，細節的還有很多，JVM優化路我給你們指出了，剩下的還需要你們自己去探索，加油~！！！

再不會調優的可以來私信我，我可以嘗試為你提出免費調試建議。

 

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