JVM GC調整優化過程全揭秘
JVM GC調整優化是以個極為復雜的過程，由于各個程序具備不同的特點，如：web和GUI程序就有很大區別（Web可以適當的停頓，但GUI停頓是客戶無法接受的），而且由于跑在各個機器上的配置不同（主要cup個數，內存不同），所以使用的JVM GC種類也會不同。接下來，我簡單介紹一下如何進行JVM GC調整優化。
首先說一下如何監視JVM GC，你可以使用我以前文章中提到的JDK中的jstat工具，也可以在java程序啟動的opt里加上如下幾個參數（注:這兩個參數只針對SUN的HotSpotVM）：
- -XX:-PrintGCPrintmessagesatgarbagecollection.Manageable.
- -XX:-PrintGCDetailsPrintmoredetailsatgarbagecollection.Manageable.(Introducedin1.4.0.)
- -XX:-PrintGCTimeStampsPrinttimestampsatgarbagecollection.Manageable(Introducedin1.4.0.)
當把-XX:-PrintGCDetails加入到javaopt里以后可以看見如下輸出：
[GC[DefNew:34538K->2311K(36352K),0.0232439secs]45898K->15874K(520320K),0.0233874secs]
[FullGC[Tenured:13563K->15402K(483968K),0.2368177secs]21163K->15402K(520320K),[Perm:28671K->28635K(28672K)],0.2371537secs]
他們分別顯示了JVM GC的過程，清理出了多少空間。第一行GC使用的是‘普通GC’(MinorCollections)，第二行使用的是‘全GC’(MajorCollections)。他們的區別很大，在第一行最后我們可以看見他的時間是0.0233874秒，而第二行的FullGC的時間是0.2371537秒。第二行的時間是第一行的接近10倍，也就是我們這次調優的重點，減少FullGC的次數，以為FullGC會暫停程序比較長的時間，如果FullGC的次數比較多。程序就會經常性的假死。當然這只是他們的表面現象，接下來我仔細介紹一下GC，和FullGC（為后面的調優做準備）。
我們知道Java和C++的區別主要是，Java不需要像c++那樣，由程序員主動的釋放內存。而是由JVM里的GC(GarbageCollection)來，在適當的時候替我們釋放內存。JVM GC調整優化的內部工作，即JVM GC的算法有很多種,如：標記清除收集器，壓縮收集器，分代收集器等等。現在比較常用的是分代收集（也是SUNVM使用的），即將內存分為幾個區域，將不同生命周期的對象放在不同區域里（新的對象會先生成在Youngarea，在幾次ＧＣ以后，如過沒有收集到，就會逐漸升級到Tenuredarea）。在JVM GC收集的時候，頻繁收集生命周期短的區域(Youngarea)，因為這個區域內的對象生命周期比較短，GC效率也會比較高。而比較少的收集生命周期比較長的區域(OldareaorTenuredarea)，以及基本不收集的永久區(Permarea)。
注：Youngarea又分為三個區域分別叫Eden，和倆個Survivorspaces。Eden用來存放新的對象，Survivorspaces用于新對象升級到Tenuredarea時的拷貝。
我們管收集生命周期短的區域(Youngarea)的收集叫GC，而管收集生命周期比較長的區域(OldareaorTenuredarea)的收集叫FullGC，因為他們的收集算法不同，所以使用的時間也會不同。我們要盡量減少FullGC的次數。
接下來介紹一下HotSpotVMGC的種類，GC在HotSpotVM5.0里有四種。一種是默認的叫serialcollector，另外幾種分別叫throughputcollector，concurrentlowpausecollector，incremental(sometimescalledtrain)lowpausecollector（廢棄掉了）。以下是SUN的官方說明：
1.Thethroughputcollector:thiscollectorusesaparallelversionoftheyounggenerationcollector.Itisusedifthe-XX:+UseParallelGCoptionispassedonthecommandline.Thetenuredgenerationcollectoristhesameastheserialcollector.
2.Theconcurrentlowpausecollector:thiscollectorisusedifthe-Xincgc™or-XX:+UseConcMarkSweepGCispassedonthecommandline.Theconcurrentcollectorisusedtocollectthetenuredgenerationanddoesmostofthecollectionconcurrentlywiththeexecutionoftheapplication.Theapplicationispausedforshortperiodsduringthecollection.Aparallelversionoftheyounggenerationcopyingcollectorisusedwiththeconcurrentcollector.Theconcurrentlowpausecollectorisusediftheoption-XX:+UseConcMarkSweepGCispassedonthecommandline.
3.Theincremental(sometimescalledtrain)lowpausecollector:thiscollectorisusedonlyif-XX:+UseTrainGCispassedonthecommandline.ThiscollectorhasnotchangedsincetheJ2SEPlatformversion1.4.2andiscurrentlynotunderactivedevelopment.Itwillnotbesupportedinfuturereleases.Pleaseseethe1.4.2GCTuningDocumentforinformationonthiscollector.
簡單來說就是throughputcollector和concurrentlowpausecollector:使用多線程的方式，利用多CUP來提高GC的效率，而throughputcollector與concurrentlowpausecollector的去別是throughputcollector只在youngarea使用使用多線程，而concurrentlowpausecollector則在tenuredgeneration也使用多線程。
根據官方文檔，他們倆個需要在多CPU的情況下，才能發揮作用。在一個CPU的情況下，會不如默認的serialcollector，因為線程管理需要耗費CPU資源。而在兩個CPU的情況下，也挺高不大。只是在更多CPU的情況下，才會有所提高。當然concurrentlowpausecollector有一種模式可以在CPU較少的機器上，提供盡可能少的停頓的模式，見下文。
當要使用throughputcollector時，在javaopt里加上-XX:+UseParallelGC，啟動throughputcollector收集。也可加上-XX:ParallelGCThreads=
當要使用concurrentlowpausecollector時，在java的opt里加上-XX:+UseConcMarkSweepGC。concurrentlowpausecollector還有一種為CPU少的機器準備的模式，叫Incrementalmode。這種模式使用一個CPU來在程序運行的過程中GC，只用很少的時間暫停程序，檢查對象存活。
在Incrementalmode里，每個收集過程中，會暫停兩次，第二次略長。第一次用來，簡單從root查詢存活對象。第二次用來，詳細檢查存活對象。整個過程如下：
- *stopallapplicationthreads;dotheinitialmark;resumeallapplicationthreads（第一次暫停，初始話標記）
- *dotheconcurrentmark(usesoneprocesorfortheconcurrentwork)（運行是標記）
- *dotheconcurrentpre-clean(usesoneprocessorfortheconcurrentwork)（準備清理）
- *stopallapplicationthreads;dotheremark;resumeallapplicationthreads（第二次暫停，標記，檢查）
- *dotheconcurrentsweep(usesoneprocessorfortheconcurrentwork)(運行過程中清理)
- *dotheconcurrentreset(usesoneprocessorfortheconcurrentwork)(復原)
當要使用Incrementalmode時，需要使用以下幾個變量：
- -XX:+CMSIncrementalModedefault:disabled啟動i-CMS模式（mustwith-
- XX:+UseConcMarkSweepGC）
- -XX:+CMSIncrementalPacingdefault:disabled提供自動校正功能
- -XX:CMSIncrementalDutyCycle=default:50啟動CMS的上線
- -XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=default:10啟動CMS的下線
- -XX:CMSIncrementalSafetyFactor=default:10用來計算循環次數
- -XX:CMSIncrementalOffset=default:0最小循環次數（Thisisthepercentage(0-
- 100)bywhichtheincrementalmodedutycycleisshiftedtotherightwithintheperiod
- betweenminorcollections.）
- -XX:CMSExpAvgFactor=default:25提供一個指導收集數
SUN推薦的使用參數是：
- -XX:+UseConcMarkSweepGC\
- -XX:+CMSIncrementalMode\
- -XX:+CMSIncrementalPacing\
- -XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=0\
- -XX:CMSIncrementalDutyCycle=10\
- -XX:+PrintGCDetails\
- -XX:+PrintGCTimeStamps\
- -XX:-TraceClassUnloading
注：如果JVM GC中使用throughputcollector和concurrentlowpausecollector，這兩種垃圾收集器，需要適當的挺高內存大小，以為多線程做準備。JVM GC調整優化到此結束。
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