JVM GC调整优化过程全揭秘

JVM GC调整优化是以个极为复杂的过程，由于各个程序具备不同的特点，如：web和GUI程序就有很大区别（Web可以适当的停顿，但GUI停顿是客户无法接受的），而且由于跑在各个机器上的配置不同（主要cup个数，内存不同），所以使用的JVM GC种类也会不同。接下来，我简单介绍一下如何进行JVM GC调整优化。

首先说一下如何监视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程序启动的opt里加上如下几个参数（注:这两个参数只针对SUN的HotSpotVM）：

-XX:-PrintGCPrintmessagesatgarbagecollection.Manageable.  
-XX:-PrintGCDetailsPrintmoredetailsatgarbagecollection.Manageable.(Introducedin1.4.0.)  
-XX:-PrintGCTimeStampsPrinttimestampsatgarbagecollection.Manageable(Introducedin1.4.0.) 

当把-XX:-PrintGCDetails加入到javaopt里以后可以看见如下输出：

[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]

他们分别显示了JVM GC的过程，清理出了多少空间。第一行GC使用的是‘普通GC’(MinorCollections)，第二行使用的是‘全GC’(MajorCollections)。他们的区别很大，在第一行最后我们可以看见他的时间是0.0233874秒，而第二行的FullGC的时间是0.2371537秒。第二行的时间是第一行的接近10倍，也就是我们这次调优的重点，减少FullGC的次数，以为FullGC会暂停程序比较长的时间，如果FullGC的次数比较多。程序就会经常性的假死。当然这只是他们的表面现象，接下来我仔细介绍一下GC，和FullGC（为后面的调优做准备）。

我们知道Java和C++的区别主要是，Java不需要像c++那样，由程序员主动的释放内存。而是由JVM里的GC(GarbageCollection)来，在适当的时候替我们释放内存。JVM GC调整优化的内部工作，即JVM GC的算法有很多种,如：标记清除收集器，压缩收集器，分代收集器等等。现在比较常用的是分代收集（也是SUNVM使用的），即将内存分为几个区域，将不同生命周期的对象放在不同区域里（新的对象会先生成在Youngarea，在几次ＧＣ以后，如过没有收集到，就会逐渐升级到Tenuredarea）。在JVM GC收集的时候，频繁收集生命周期短的区域(Youngarea)，因为这个区域内的对象生命周期比较短，GC效率也会比较高。而比较少的收集生命周期比较长的区域(OldareaorTenuredarea)，以及基本不收集的永久区(Permarea)。

注：Youngarea又分为三个区域分别叫Eden，和俩个Survivorspaces。Eden用来存放新的对象，Survivorspaces用于新对象升级到Tenuredarea时的拷贝。

我们管收集生命周期短的区域(Youngarea)的收集叫GC，而管收集生命周期比较长的区域(OldareaorTenuredarea)的收集叫FullGC，因为他们的收集算法不同，所以使用的时间也会不同。我们要尽量减少FullGC的次数。

接下来介绍一下HotSpotVMGC的种类，GC在HotSpotVM5.0里有四种。一种是默认的叫serialcollector，另外几种分别叫throughputcollector，concurrentlowpausecollector，incremental(sometimescalledtrain)lowpausecollector（废弃掉了）。以下是SUN的官方说明：

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.

简单来说就是throughputcollector和concurrentlowpausecollector:使用多线程的方式，利用多CUP来提高GC的效率，而throughputcollector与concurrentlowpausecollector的去别是throughputcollector只在youngarea使用使用多线程，而concurrentlowpausecollector则在tenuredgeneration也使用多线程。

根据官方文档，他们俩个需要在多CPU的情况下，才能发挥作用。在一个CPU的情况下，会不如默认的serialcollector，因为线程管理需要耗费CPU资源。而在两个CPU的情况下，也挺高不大。只是在更多CPU的情况下，才会有所提高。当然concurrentlowpausecollector有一种模式可以在CPU较少的机器上，提供尽可能少的停顿的模式，见下文。

当要使用throughputcollector时，在javaopt里加上-XX:+UseParallelGC，启动throughputcollector收集。也可加上-XX:ParallelGCThreads=来改变线程数。还有两个参数-XX:MaxGCPauseMillis=和-XX:GCTimeRatio=，MaxGCPauseMillis=用来控制最大暂停时间，而-XX:GCTimeRatio可以提高GC说占CPU的比，以最大话的减小heap。

当要使用concurrentlowpausecollector时，在java的opt里加上-XX:+UseConcMarkSweepGC。concurrentlowpausecollector还有一种为CPU少的机器准备的模式，叫Incrementalmode。这种模式使用一个CPU来在程序运行的过程中GC，只用很少的时间暂停程序，检查对象存活。

在Incrementalmode里，每个收集过程中，会暂停两次，第二次略长。第一次用来，简单从root查询存活对象。第二次用来，详细检查存活对象。整个过程如下：

*stopallapplicationthreads;dotheinitialmark;resumeallapplicationthreads（第一次暂停，初始话标记）  
*dotheconcurrentmark(usesoneprocesorfortheconcurrentwork)（运行是标记）  
*dotheconcurrentpre-clean(usesoneprocessorfortheconcurrentwork)（准备清理）  
*stopallapplicationthreads;dotheremark;resumeallapplicationthreads（第二次暂停，标记，检查）  
*dotheconcurrentsweep(usesoneprocessorfortheconcurrentwork)(运行过程中清理)  
*dotheconcurrentreset(usesoneprocessorfortheconcurrentwork)(复原) 

当要使用Incrementalmode时，需要使用以下几个变量：

-XX:+CMSIncrementalModedefault:disabled启动i-CMS模式（mustwith-  
 
XX:+UseConcMarkSweepGC）  
-XX:+CMSIncrementalPacingdefault:disabled提供自动校正功能  
-XX:CMSIncrementalDutyCycle=default:50启动CMS的上线  
-XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=default:10启动CMS的下线  
-XX:CMSIncrementalSafetyFactor=default:10用来计算循环次数  
-XX:CMSIncrementalOffset=default:0最小循环次数（Thisisthepercentage(0-  
 
100)bywhichtheincrementalmodedutycycleisshiftedtotherightwithintheperiod  
 
betweenminorcollections.）  
-XX:CMSExpAvgFactor=default:25提供一个指导收集数 

SUN推荐的使用参数是：

-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，这两种垃圾收集器，需要适当的挺高内存大小，以为多线程做准备。JVM GC调整优化到此结束。

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