JVM层GC调优
JVM层GC调优
1、JVM的内存结构
2、运行时数据区
(1)程序计数器PC Register
JVM支持多线程同时执行，每个线程均有独立自己的PC Register。线程正在执行的方法叫做当前方法，如果是java代码，PC Register里面存放的是当前正在执行的指令的地址，如果是C代码，则为空。
(2)虚拟机栈JVM Stacks
Java虚拟机栈(Java Virtual Machine Stacks)是线程私有的，生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口等信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。
(3)堆Heap
Java堆(Java Heap)是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上时连续即可。
(4)方法区Method Area
方法区与Java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常量、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap(非堆)，目的是与Java堆区分开来。
(5)常量池Run-Time Constant Pool
运行时常量池(Runtime Constant Pool)是方法区的一部分，Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池(Constant Pool Table),用于存放编译期生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的运行时常量池中存放。
(6)本地方法栈Native Method Stacks
本地方法栈(Native Method Stack)与虚拟机栈所发挥的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行Java方法(也就是字节码)服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。
3、非堆区
(1) Metaspace =Class、Package、Method、Field、字节码、常量池、符号引用等等
(2)CCS：32位指针的Class
(3)CodeCache: JIT编译后的本地代码、JNI使用的C代码
4、垃圾回收算法
(1)思想：枚举根节点，做可达性分析
(2)根节点
类加载器、Thread、虚拟机栈的本地变量表、static成员、常量引用、本地方法栈的变量等等
(3)标记清楚
算法
算法分为“标记”和“清除”两个阶段：首先标记出所有需要回收的对象，在标记完成后统一回收所有
缺点
效率不高，标记和清除两个过程的效率都不高
产生碎片，碎片太多会导致提前GC
(4)复制
算法
它将可用内存按容量划分为大小相等的两块，每次只使用其中的一块，
当一块的内存用完了，就将还存活着的对象复制到另外一块上面，
然后再把已使用过的内存空间一次清理掉。
优缺点
实现简单，运行高效，但是空间利用率低
(5)标记整理
算法
标记过程仍然与“标记-清除”算法一样，但后续步骤不是直接对可回收对象进行清理，
而是让所有存活的对象都向一端移动，然后直接清理掉端边界以外的内存
优缺点
没有了内存碎片，但是整理内存比较耗时
(6)分带垃圾回收
Young区用复制算法
Old区用标记清除或者标记整理
(7)对象分配
对象优先在Eden区分配
大对象直接进入老年代： -XX:PretenureSize Threshold
长期存活对象进入老年代
-XX:MaxTenuringThreshold
-XX:+PrintTenuringDistribution
-XX:TargetSurvivorRatio
5、垃圾收集器
(1)串行收集器 Serial：Serial、Serial Old
-XX:+UseSerialGC -XX:+UseSerialOldGC
(2)并行收集器Parallel：Parallel Scavenge、Parallel Old，吞吐量
吞吐量优先
-XX:+UseParallelGC -XX:+UseParallelOldGC
Server模式下的默认收集器
(3)并行收集器 Concurrent: CMS、G1，停顿时间
(4)并行(Parallel)
指多条垃圾收集线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态，适合科学计算、后台处理等弱交互场景
(5)并发(Concurrent)
指用户线程与垃圾收集线程同时执行(但不一定是并行的，可能会交替执行)，垃圾收集线程在执行的时候不会停顿用户程序的执行，适合对响应时间有要求的场景，比如Web
(6)停顿时间
垃圾收集器做垃圾回收中断应用执行的时间 -XX:MaxGCPauseMills
(7)吞吐量
花在垃圾收集的时间和花在应用时间的占比 -XX:GCTimeRatio=,垃圾收集时间占：1/1+n
(8)并发收集器
响应时间优先
CMS:XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC
G1: -XX:+UseG1GC
(9)如何选择垃圾收集器
优先调整堆的大小让服务器自己来选择
如果内存小于100M，使用串行收集器
如果是单核，并且没有停顿时间的要求，串行或者JVM自己选
如果允许停顿时间超过1秒，选择并行或者JVM自己选
如果响应时间最重要，并且不能超过1秒，使用并发收集器
6、可视化GC日志分析工具
7、Parallel Collector
(1)-XX:+UseParallelGC手动开启，Server默认开启
(2)
-XX：ParallelGCThreads=<N>多少个GC线程
CPU>8 N=5/8
CPU<8 N=CPU
(3)
-XX:MaxGCPauseMills=<N>
-XX:GCTimeRatio=<N>
-Xmx<N>
(4)动态内存调整
-XX:YoungGenerationSizeIncrement=<Y>
-XX:TenuredGenerationSizeIncrement=<Y>
-XX:AdaptiveSizeDecrementScaleFactor=<D>
8、CMS
(1)CMS Collector：并发收集 低停顿 低延迟
(2)CMS垃圾收集过程
CMS initial mark:初始标记Root,STW
CMS concurrent mark：并发标记
CMS-concurrent-preclean：并发预清理
CMS remark:重新标记，STW
(3)CMS的缺点
CPU敏感、浮动垃圾、空间碎片
(4)CMS的相关参数
-XX:ConcGCThreads：并发的GC线程数
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection:FullGC之后做压缩
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction：多少次FullGC之后压缩一次
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction:触发FullGC
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly：是否动态调
-XX:+CMSScavengeBeforeRemark:FullGC之前先做YGC
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled:启用回收Perm区
9、G1 Collector
(1)简介：新生代和老生代收集器
(2)Region
(3)SATB: Snapshot-At-The-Beginning，是通过Root Tracing得到的，GC开始时候存活对象的快照
(4)RSet: 记录了其他Region中的对象引用本Region中对象的关系，属于points-into结构(谁引用了对象)
10、YoungGC和MixedGC
(1) 新对象进入Eden区
(2) 存活对象拷贝到Survivor区
(3) 不是FullGC，回收所有的Young和部分Old
(4) Global concurrent marking
Initial marking phase:标记GC Root,STW
Root region scanning phase:标记存活Region
Remark phase:重新标记，STW
Cleanup phase：部分STW
13、MixedGC
(1)时机
InitiatingHeapOccupancyPercent:
堆占有率达到这个数值则触发global concurrent marking，默认45%
G1HeapWastePercent
在global concurrent marking结束之后，可以知道区有多少空间要被回收，
在每次YGC之后和再次发生Mixed GC之前，会检查垃圾占比是否达到此参数，]
只有达到了，下次才会发生Mixed GC
(2)相关参数
G1MixedGCLiveThresholdPercent
Old区的region被回收的时候存活对象占比
G1MixedGCCountTarget
一次global concurrent marking之后，最多执行Mixed GC的次数
G1OldCSetRegionThresholdPercent
一次Mixed GC中能被选入CSet的最多old区的region数量
常用参数
-XX:G1NewSizePercent、-XX:G1MaxNewSizePercent
-XX:G1ReservePercent=10保留防止to space溢出
-XX:ParallelGCThreads=n SWT线程数
-XX:ConcGCThreads=n 并发线程数=1/4*并行
(3)是否需要切换到G1
50%以上的堆被存活对象占用
对象分配和晋升的速度变化非常大
垃圾回收时间特别长，超过了1秒
14、GC与ParallelGC调优步骤
(1)GC调优
打印GC日志
根据日志得到关键性能指标
分析GC原因，调优JVM参数
(2)ParallelGC调优
设置Metaspace大小
-XX:MetaspaceSize=64M -XX:MaxMetaspaceSize=64M
添加吞吐量和停顿时间参数
-XX:GCTimeRatio=99 -XX:MaxGCPauseMillis=100
修改动态扩容增量
-XX:YoungGenerationSizeIncrement=30
