jvm系列5、jvm垃圾回收機制、jvm各類參數及調優

轉載自：http://yufenfei.iteye.com/blog/1746914 尊重原創。

1、GC有兩種類型：Scavenge GC 和Full GC

一、Scavenge GC

通常狀況下，當新對象生成，而且在Eden申請空間失敗時，就會觸發Scavenge GC，堆的Eden區域進行GC，清除非存活對象，而且把尚且存活的對象移動到Survivor的兩個區中。 
二、Full GC 
對整個堆進行整理，包括Young、Tenured和Perm。Full GC 比Scavenge GC要慢，所以應該儘量減小Full GC，有以下緣由可能致使Full GC 
a、Tenured被寫滿； 
b、Perm域被寫滿 
c、System.gc()被顯示調用 
d、上一次GC以後Heap的各域分配策略動態變化；

-Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k

JVM中最大堆大小受三方面限制，相關操做系統的數據模型（32位仍是64位）限制；系統的可用虛擬內存限制；系統的可用物理內存限制

-Xmx512m： 
設置JVM實例堆最大可用內存爲512M。

-Xms512m： 
設置JVM促使內存爲512m。此值能夠設置與-Xmx相同，以免每次垃圾回收完成後JVM從新分配內存。

-Xmn192m 
設置年輕代大小爲192m。整個JVM內存大小=年輕代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代通常固定大小爲64m，因此增大年輕代後，將會減少年老代大小。此值對系統性能影響較大，Sun官方推薦配置爲整個堆的3/8。

-Xss128k 
設置每一個線程的堆棧大小。JDK5.0之後每一個線程堆棧大小爲1M，之前每一個線程堆棧大小爲256K。更具應用的線程所需內存大小進行調整。在相同物理內存下，減少這個值能生成更多的線程。可是操做系統對一個進程內的線程數仍是有限制的，不能無限生成，經驗值在3000~5000左右。

注意下面問題： 
（1）增長Heap的大小雖然會下降GC的頻率，但也增長了每次GC的時間。而且GC運行時，全部的用戶線程將暫停，也 就是GC期間，Java應用程序不作任何工做。 
（2）Heap大小並不決定進程的內存使用量。進程的內存使用量要大於-Xmx定義的值，由於Java爲其餘任務分配內存，例如每一個線程的Stack等。 
（3）Server端JVM最好將-Xms和-Xmx設爲相同值。爲了優化GC，最好讓-Xmn值約等於-Xmx的1/3（也有指出爲3/8）。 
（4）一個應用程序最好是每10到20秒間運行一次GC，每次在半秒以內完成。

java -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0 -XX:NewRatio=4

設置年輕代（包括Eden和兩個Survivor區）與年老代的比值（除去持久代）。設置爲4，則年輕代與年老代所佔比值爲1：4，年輕代佔整個堆棧的1/5

-XX:SurvivorRatio=4 
設置年輕代中Eden區與Survivor區的大小比值。設置爲4，則兩個Survivor區與一個Eden區的比值爲2:4，一個Survivor區佔整個年輕代的1/6

-XX:PermSize=128M 
設置持久代大小爲128M 
-XX:MaxPermSize=16m 
設置持久代最大爲16m。 
MaxPermSize太小會致使：java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space

-XX:MaxTenuringThreshold=0 
設置垃圾最大年齡。若是設置爲0的話，則年輕代對象不通過Survivor區，直接進入年老代。對於年老代比較多的應用，能夠提升效率。若是將此值設置爲一個較大值，則年輕代對象會在Survivor區進行屢次複製，這樣能夠增長對象再年輕代的存活時間，增長在年輕代即被回收的概論。

2、JVM給了三種選擇：

串行收集器 
使用單線程處理全部垃圾回收工做，由於無需多線程交互，因此效率比較高，可是也沒法使用多處理器的優點，因此此收集器使用單處理器機器。固然此收集器也能夠用在小數據量(100M)狀況下的多處理器機器上，可使用-XX:+UseSericalGC打開

適用狀況：數據量比較小（100M左右）;單處理器下並對相應時間無要求的應用 
缺點：只能用於小型應用

並行收集器 
對年輕代進行並行垃圾回收，所以能夠減小垃圾回收時間，通常在多線程處理機器上使用。在Java SE6.0中進行了加強，能夠在年老代進行並行收集，若是年老代不使用併發收集的話，使用單線程進行垃圾回收，所以會制約擴展能力，使用

-XX:+UserParallelOldGC打開

-XX:ParallelGCThreads=N，設置並行垃圾回收的線程數，此值能夠設置與機器處理機數量一致；

使用狀況：「對吞吐量有高要求」，多CPU，對應用時間無要求的中、大型應用。如後臺處理、科學計算 
缺點：應用相應時間可能較長；

併發收集器 
能夠保證大部分工做都併發進行（應用不中止），垃圾回收只暫停不多時間，此收集器適合對相應時間要求比較較高的中、大規模應用。

使用-XX:+UseGoncMarkSweepGC打開

適用狀況：「對響應時間有高要求」，多CPU，對應用響應時間有較高要求的中、大型應用。如：Web服務器/應用服務器、電信交換、集成開發環境

可是串行收集器只適用於小數據量的狀況，因此這裏的選擇主要針對並行收集器和併發收集器。

默認狀況下，JDK5.0之前都是使用串行收集器，若是想使用其餘收集器須要在啓動時加入相應參數。JDK5.0之後，JVM會根據當前系統配置進行判斷。

吞吐量優先的並行收集器 
如上文所述，並行收集器主要以到達必定的吞吐量爲目標，適用於科學技術和後臺處理等。

典型配置： 
java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20

-XX:+UseParallelGC 
選擇垃圾收集器爲並行收集器。此配置僅對年輕代有效。即上述配置下，年輕代使用併發收集，而年老代仍舊使用串行收集。

-XX:ParallelGCThreads=20 
配置並行收集器的線程數，即：同時多少個線程一塊兒進行垃圾回收。此值最好配置與處理器數目相等。

java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC

-XX:+UseParallelOldGC 
配置年老代垃圾收集方式爲並行收集。JDK6.0支持對年老代並行收集。

java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100

-XX:MaxGCPauseMillis=100 
設置每次年輕代垃圾回收的最長時間，若是沒法知足此時間，JVM會自動調全年輕代大小，以知足此值。 
若是指定了此值的話，堆大小和垃圾回收相關參數會進行調整以達到指定值，設定辭職可能會減小應用的吞吐量。

java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPauseMillis=100 -XX:+UseAdaptiveSizePolicy

-XX:+UseAdaptiveSizePolicy 
設置此選項後，並行收集器會自動選擇年輕代區大小和相應的Survivor區比例，以達到目標系統規定的最低相應時間或者收集頻率等，此值建議使用並行收集器時，一直打開。

-XX:GCTimeRatio=n: 
設置垃圾回收時間佔程序運行時間的百分比。公式爲1/(1+n)吞吐量，吞吐量爲垃圾回收時間與非垃圾回收時間的比值。 
-XX:GCTimeRatio=19時，表示5%的時間用於垃圾回收，默認狀況99，即1%的時間用於垃圾回收

響應時間優先的並行收集器 
如上文所述，併發收集器主要是保證系統的響應時間，減小垃圾收集時的停頓時間。適用於應用服務器、電信領域等。

典型配置： 
java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC

-XX:+UseConcMarkSweepGC 
設置年老代爲併發收集。測試中配置這個之後，-XX:NewRatio=4的配置失效了，緣由不明。因此，此時年輕代大小最好用-Xmn設置。

-XX:+UseParNewGC 
設置年輕代爲並行收集。可與CMS收集同時使用。JDK5.0以上，JVM會根據系統配置自行設置，因此無需再設置此值。

java -Xmx512m -Xms512m -Xmn192m -Xss128k -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=5 -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction 
因爲併發收集器不對內存空間進行壓縮、整理，因此運行一段時間之後會產生「碎片」，使得運行效率下降。此值設置運行多少次GC之後對內存空間進行壓縮、整理。

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 
打開對年老代的壓縮。可能會影響性能，可是能夠消除碎片

輔助信息 
JVM提供了大量命令行參數，打印信息，供調試使用。主要有如下一些：

-XX:+PrintGC 
輸出形式：[GC 118250K->113543K(130112K), 0.0094143 secs] 
[Full GC 121376K->10414K(130112K), 0.0650971 secs]

-XX:+PrintGCDetails 
輸出形式：[GC [DefNew: 8614K->781K(9088K), 0.0123035 secs] 118250K->113543K(130112K), 0.0124633 secs] 
[GC [DefNew: 8614K->8614K(9088K), 0.0000665 secs][Tenured: 112761K->10414K(121024K), 0.0433488 secs] 121376K->10414K(130112K), 0.0436268 secs]

-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGC：PrintGCTimeStamps可與上面兩個混合使用 
輸出形式：11.851: [GC 98328K->93620K(130112K), 0.0082960 secs]

-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime:打印每次垃圾回收前，程序未中斷的執行時間。可與上面混合使用 
輸出形式：Application time: 0.5291524 seconds

-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime：打印垃圾回收期間程序暫停的時間。可與上面混合使用 
輸出形式：Total time for which application threads were stopped: 0.0468229 seconds

-XX:PrintHeapAtGC:打印GC先後的詳細堆棧信息

3、常見配置彙總

堆設置 

• -Xms:初始堆大小 
• -Xmx:最大堆大小 
• -XX:NewSize=n:設置年輕代大小 
• -XX:NewRatio=n:設置年輕代和年老代的比值。如:爲3，表示年輕代與年老代比值爲1：3，年輕代佔整個年輕代年老代和的1/4 
• -XX:SurvivorRatio=n:年輕代中Eden區與兩個Survivor區的比值。注意Survivor區有兩個。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一個Survivor區佔整個年輕代的1/5 
• -XX:MaxPermSize=n:設置持久代大小

 

收集器設置 

• -XX:+UseSerialGC:設置串行收集器 
• -XX:+UseParallelGC:設置並行收集器 
• -XX:+UseParalledlOldGC:設置並行年老代收集器 
• -XX:+UseConcMarkSweepGC:設置併發收集器

 

垃圾回收統計信息 

• -XX:+PrintGC 
• -XX:+PrintGCDetails 
• -XX:+PrintGCTimeStamps 
• -Xloggc:filename

 

並行收集器設置 

• -XX:ParallelGCThreads=n:設置並行收集器收集時使用的CPU數。並行收集線程數。 
• -XX:MaxGCPauseMillis=n:設置並行收集最大暫停時間 
• -XX:GCTimeRatio=n:設置垃圾回收時間佔程序運行時間的百分比。公式爲1/(1+n)

 

併發收集器設置 

• -XX:+CMSIncrementalMode:設置爲增量模式。適用於單CPU狀況。 
• -XX:ParallelGCThreads=n:設置併發收集器年輕代收集方式爲並行收集時，使用的CPU數。並行收集線程數。

4、JVM調優工具Jconsole，jProfile，VisualVM

1. Jconsole :JDK自帶，功能簡單，可是能夠在系統有必定負荷的狀況下使用。對垃圾回收算法有很詳細的跟蹤。
2. JProfiler：商業軟件，須要付費。功能強大。
3. VisualVM：JDK自帶，功能強大，與JProfiler相似。推薦

5、內存泄漏檢查

內存泄漏是比較常見的問題，並且解決方法也比較通用，這裏能夠重點說一下，而線程、熱點方面的問題則是具體問題具體分析了。內存泄漏通常能夠理解爲系統資源（各方面的資源，堆、棧、線程等）在錯誤使用的狀況下，致使使用完畢的資源沒法回收（或沒有回收），從而致使新的資源分配請求沒法完成，引發系統錯誤。內存泄漏對系統危害比較大，由於他能夠直接致使系統的崩潰。須要區別一下，內存泄漏和系統超負荷二者是有區別的，雖然可能致使的最終結果是同樣的。內存泄漏是用完的資源沒有回收引發錯誤，而系統超負荷則是系統確實沒有那麼多資源能夠分配了（其餘的資源都在使用）。

6、調優總結

年輕代大小選擇 
響應時間優先的應用： 
儘量設大，直到接近系統的最低響應時間限制（根據實際狀況選擇）。在此種狀況下，年輕代收集發生的頻率也是最小的。同時，減小到達年老代的對象。 
吞吐量優先的應用： 
儘量的設置大，可能到達Gbit的程度。由於對響應時間沒有要求，垃圾收集能夠並行進行，通常適合8CPU以上的應用。

年老代大小選擇

響應時間優先的應用： 
年老代使用併發收集器，因此其大小須要當心設置，通常要考慮併發會話率和會話持續時間等一些參數。若是堆設置小了，能夠會形成內存碎片、高回收頻率以及應用暫停而使用傳統的標記清除方式；若是堆大了，則須要較長的收集時間。最優化的方案，通常須要參考如下數據得到： 

• 併發垃圾收集信息 
• 持久代併發收集次數 
• 傳統GC信息 
• 花在年輕代和年老代回收上的時間比例 
• 減小年輕代和年老代花費的時間，通常會提升應用的效率

 

吞吐量優先的應用: 
通常吞吐量優先的應用都有一個很大的年輕代和一個較小的年老代。緣由是，這樣能夠儘量回收掉大部分短時間對象，減小中期的對象，而年老代盡存放長期存活對象。

較小堆引發的碎片問題 由於年老代的併發收集器使用標記、清除算法，因此不會對堆進行壓縮。當收集器回收時，他會把相鄰的空間進行合併，這樣能夠分配給較大的對象。可是，當堆空間較小時，運行一段時間之後，就會出現「碎片」，若是併發收集器找不到足夠的空間，那麼併發收集器將會中止，而後使用傳統的標記、清除方式進行回收。若是出現「碎片」，可能須要進行以下配置： -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用併發收集器時，開啓對年老代的壓縮。 -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置開啓的狀況下，這裏設置多少次Full GC後，對年老代進行壓縮