jvm(5)垃圾回收

垃圾对象检测：

• 引用计数
• 可达性分析

GC root由哪些对象组成

1. 本地方法栈中引用的对象
2. 虚拟机栈中引用的对象
3. 方法区中类变量引用的对象
4. 方法区中的常量引用的对象

1. 垃圾收集算法和收集器

垃圾收集算法有哪些：

1. 标记-清除 产生内存碎片、效率不高
2. 标记-整理 效率低
3. 复制 空间利用率低

新生代（Young区）对象朝生夕死，GC时存活概率小，所以适合复制算法

老年代（old区）对象，GC频率低，涉及空间较大，因此适合使用标记清除或者标记整理

垃圾收集器有哪些

评价一个垃圾收集器优劣的指标是 吞吐量 和 停顿时间

一、新生代收集器

1. Serial 收集器

历史悠久的收集器，单线程运行，运行时会阻塞其他线程，使用复制算法，因此适用于新生代垃圾回收

2. ParNew 收集器

Serial收集器的并行版，同样采用复制算法，适用于新生代，单CPU性能比Serial差

运行在server模式下的虚拟中首选的新生代收集器

3. Parallel Scavenge 收集器

注重吞吐量，

吞吐量 = 程序运行时间/(程序运行时间+垃圾回收时间)

二、老年代收集器

1. Serial old

复制算法的实现，单线程运行

2. Paraller Old

最关注的点事吞吐量

3. CMS 并发收集器

Concurrent Mark Sweep—并发标记清理

并发：用户线程和垃圾回收线程一起执行

并行：多条垃圾回收线程同时执行

CMS 最关注的点是GC停顿时间，所以优点是低停顿时间（因为并发收集）

缺点就是会产生大量的内存碎片（因为采用标记-清理算法），且并发阶段会吞吐量降低

流程：初始标记->并发标记->重新标记-> 并发清理

初始标记，stw，标记的事GCroot

并发标记，与用户线程一起执行，执行可达性分析，标记不可达对象

重新标记，stw，标记并发标记阶段产生的新垃圾

并发清理，用户线程一起执行，回收标记的对象

使用 -XX:+UseConcMarkSweepGC 开启CMS

搭配使用：

三、G1 Garbage-First

整体上属于标记-整理算法的实现，不会产生内存碎片

比CMS先进的地方在于用户可以设置停顿时间的大小，G1会按照用户的设置的停顿时间制定回收计划

G1可同时用于新生代和老年代的垃圾回收，核心在于对堆内存的重新划分，不同的内存区域对于G1来说只是逻辑上的区分，在物理层面，G1将内存划分成一个个的region统一进行管理。

G1收集器会先收集存活对象少的区域，也就是垃圾对象多的区域，这样可以有大量的空间可以释放出来，这就

是Garbage First的由来

执行流程为：初始标记–> 并发标记 –> 最终标记 –> 筛选回收

初始标记：stw，标记GC ROOT

并发标记：与用户线程并发执行，执行可达性分析

最终标记：stw，标记并发标记阶段用户线程产生的新垃圾

筛选回收：stw，对各个Region的回收价值和回收成本进行排序，根据用户设定的停顿时间指定回收计划

总结：

Serial 和Serial Old 为串行收集器，适用于内存较小的嵌入式设备

Parallel 和 Parallel Old 为并行收集器，吞吐量优先的收集器组合，适用于科学计算、后台处理等应用场景

CMS 和 G1 为并发收集器，停顿时间优先，CMS适用于老年代收集（标记-清除），G1适用于整个堆内存垃圾回收（标记-整理），适用与对响应时间要求较高的场景，比如Web

使用不同的收集器

（1）串行 
-XX：+UseSerialGC 
-XX：+UseSerialOldGC 
（2）并行(吞吐量优先)： 
-XX：+UseParallelGC 
-XX：+UseParallelOldGC 
（3）并发收集器(响应时间优先) 
-XX：+UseConcMarkSweepGC 
-XX：+UseG1GC

2、GC分类

Minor GC触发条件：当Eden区满时，触发Minor GC。

Full GC触发条件：
（1）调用System.gc时，系统建议执行Full GC，但是不必然执行
（2）老年代空间不足
（3）方法区空间不足
（4）通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存
（5）由Eden区、From Space区向To Space区复制时，对象大小大于To Space可用内存，则把该对象转存到老年代，且老年代的可用内存小于该对象大小。

3、调优

JVM调优参数简介

jvm调优一般适用非标准化参数，即-XX参数。除此之外还有标准化参数-、-X参数，此处不表

• boolean 类型参数：用+/-表示是否开启，例如-XX:+UseG1GC，开启G1收集器
• 值类型参数：例如-XX:MaxGCPauseMillis=500，表示GC最大允许停顿时间500ms

其他参数

-Xms100M 等价于 -XX:InitialHeapSize = 100M

-Xmx200M 等价于 -XX:MaxHeapSize = 200M

-Xss20K 等价于 -XX:ThreadStackSize = 20k

展示常用的jvm参数：

-XX:+PrintFlagsFinal 启动时打印所有JVM参数

参数怎么修改

• ide中进行配置
• java -XX:+UseG1GC
• tomcat –bin–xxxxx.sh/catalina.sh — jvm参数
• 实时修改 jinfo，只能修改一部分

启动时打印的参数 = 表示默认参数 :=表示用户修改的参数

常用参数

• 内存分配相关

  • -Xms100M 初始堆大小
  • -Xmx200M 堆最大size
  • -Xss20K 方法栈大小 经验值3000~5000字节
  • -XX:NewSize=20M 设置Young区大小
  • -XX:MaxNewSize=50M 年轻代最大size
  • -XX:OldSize=50M 设置Old区大小
  • -XX:MetaspaceSize=100M 设置元空间大小
  • -XX:MaxMetaspaceSize=200M 元空间最大size
  • -XX:NewRatio=4 老生代占堆比值 4 表示—新生代：老年代 = 1：4
  • -XX:SurviviorRatio=8 Eden区占Young区的比例 8表示Eden:s0:s1=8:1:1

• GC相关

  • -XX:+UseSerialGC
  • -XX:+UseSerialOldGC
  • -XX:+UseParallelGC
  • -XX:+UseParallelOldGC
  • -XX:+UseConcMarkSweepGC
  • -XX:+UseG1GC
  • -XX:MaxGCPauseMillis=200ms 设置允许的最大GC停顿时间
  • -XX:G1HeapWastePercent 设置允许G1收集器浪费的堆空间占比
  • XX:ConcGCThreads=n 设置并行的GC线程数量
  • -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 启动并发GC周期时，dui

  • -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps Xloggc:$CATALINA_HOME/logs/gc.log 设置GC日志打印选项

  • -XX:MaxTenuringThreshold =6 对象提升到老年代的年龄阈值

  • -XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent=1
  • -XX:G1MixedGCCountTarget=8
  • -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=65

• 其他参数

  • -XX:CICompilerCount=3
  • -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError oom的时候dump内存快照
  • -XX:HeapDumpPath=heap.hprof 内存快照输出路径

常用命令：

• jps 查看当前jvm中的所有java进程号

• jinfo 查看和调整指定进程的jvm参数

  • 查看指定名称参数的指令：jinfo -flag
  • 查看所有指令：jinfo -flags
  • 修改参数：
    • jinfo -flag <+/->
    • jinfo -flag =

• jstat class/gc

• jstack 查看某进程的线程，可用于排查死锁

• jmap: 生成堆内存快照

  jmap -heap PID 干嘛要看堆内寸信息呢

  生产环境OOM—->在发生oom的时候能把内存的信息导出来进行分析

  手动 dump文件： jmap -dump:format=b,file=heap.hprof PID

  配置自动dump -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:HeapDumoPath=dump.hprof

常用工具

• jdk自带

  • jconsole
  • jvisualvm

• 连接远端的java

  • 使用jmx连接
• 第三方
  • arthas
  • mat

GC调优：

GC 发生的timing

• eden区满
• old区满
• 方法区满
• System.gc()

获取GC日志

配置参数

-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:gc.log

若想要获取tomcat的Gc日志，编辑catalina.bat,在第一行加上参数：

set JAVA_OPTS=%JAVA_OPTS% -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:gc.log

启动tomcat后能在当前目录拿到gc.log文件

GC日志文件分析工具

• gceasy
• GCViewer

G1调优指南（官方）

1. 不要手动设置新生代和老年代的大小，只要设置整个堆的大小

   G1收集器在运行过程中，会自己调整新生代和老年代的大小

   其实是通过adapt代的大小来调整对象晋升的速度和年龄，从而达到为收集器设置的暂停时间目标

   如果手动设置了大小就意味着放弃了G1的自动调优

2. 不断调优暂停时间目标

   一般情况下这个值设置到100ms或者200ms都是可以的(不同情况下会不一样)，但如果设置成50ms就

   不太合理。暂停时间设置的太短，就会导致出现G1跟不上垃圾产生的速度。最终退化成Full GC。所以

   对这个参数的调优是一个持续的过程，逐步调整到最佳状态。暂停时间只是一个目标，并不能总是得到

   满足。

3. 使用-XX:ConcGCThreads=n来增加标记线程的数量

   IHOP如果阀值设置过高，可能会遇到转移失败的风险，比如对象进行转移时空间不足。如果阀值设置过

   低，就会使标记周期运行过于频繁，并且有可能混合收集期回收不到空间。

   IHOP值如果设置合理，但是在并发周期时间过长时，可以尝试增加并发线程数，调高 ConcGCThreads。

4. MixedGC调优

   -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent   
   -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent   
   -XX:G1MixedGCCountTarger 
   -XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent

5. 适当增加堆内存大小

常见问题：

1、内存泄漏与内存溢出的区别

内存泄漏是指不再使用的对象无法得到及时的回收，持续占用内存空间，从而造成内存空间的浪费。内存泄漏很容易导致内存溢出，但内存溢出不一定是内存泄漏导致的。

2、young gc会有stw吗？

不管什么 GC，都会发送 stop-the-world，区别是发生的时间长短。而这个时间跟垃圾收集器又有关系，Serial、PartNew、Parallel Scavenge 收集器无论是串行还是并行，都会挂起用户线程，而 CMS和 G1 在并发标记时，是不会挂起用户线程的，但其它时候一样会挂起用户线程，stop the world 的时间相对来说就小很多了。

3、major gc和full gc的区别

Major Gc 在很多参考资料中是等价于 Full GC 的，我们也可以发现很多性能监测工具中只有 Minor GC和 Full GC。一般情况下，一次 Full GC 将会对年轻代、老年代、元空间以及堆外内存进行垃圾回收。触发 Full GC 的原因有很多：当年轻代晋升到老年代的对象大小，并比目前老年代剩余的空间大小还要大时，会触发 Full GC；当老年代的空间使用率超过某阈值时，会触发 Full GC；当元空间不足时（JDK1.7永久代不足），也会触发 Full GC；当调用 System.gc() 也会安排一次 Full GC。

4、G1与CMS的区别是什么

CMS 主要集中在老年代的回收，而 G1 集中在分代回收，包括了年轻代的 Young GC 以及老年代的 MixGC；G1 使用了 Region 方式对堆内存进行了划分，且基于标记整理算法实现，整体减少了垃圾碎片的产生；在初始化标记阶段，搜索可达对象使用到的 Card Table，其实现方式不一样。

5、什么是直接内存

Java的NIO库允许Java程序使用直接内存。直接内存是在java堆外的、直接向系统申请的内存空间。通常访问直接内存的速度会优于Java堆。因此出于性能的考虑，读写频繁的场合可能会考虑使用直接内存。由于直接内存在java堆外，因此它的大小不会直接受限于Xmx指定的最大堆大小，但是系统内存是有限的，Java堆和直接内存的总和依然受限于操作系统能给出的最大内存。

6、垃圾判断的方式

引用计数法：指的是如果某个地方引用了这个对象就+1，如果失效了就-1，当为0就会回收但是JVM没有用这种方式，因为无法判定相互循环引用（A引用B,B引用A）的情况引用链法： 通过一种GC ROOT的对象（方法区中静态变量引用的对象等-static变量）来判断，如果有一条链能够到达GC ROOT就说明，不能到达GC ROOT就说明可以回收

7、不可达的对象一定要被回收吗？

即使在可达性分析法中不可达的对象，也并非是“非死不可”的，这时候它们暂时处于“缓刑阶段”，要真正宣告一个对象死亡，至少要经历两次标记过程；可达性分析法中不可达的对象被第一次标记并且进行一次筛选，筛选的条件是此对象是否有必要执行 fifinalize 方法。当对象没有覆盖 fifinalize 方法，或fifinalize 方法已经被虚拟机调用过时，虚拟机将这两种情况视为没有必要执行。被判定为需要执行的对象将会被放在一个队列中进行第二次标记，除非这个对象与引用链上的任何一个对象建立关联，否则就会被真的回收。

8、方法区中的无用类回收

方法区主要回收的是无用的类，那么如何判断一个类是无用的类的呢？判定一个常量是否是“废弃常量”比较简单，而要判定一个类是否是“无用的类”的条件则相对苛刻许多。类需要同时满足下面 3 个条件才能算是无用的类：

• 该类所有的实例都已经被回收，也就是 Java 堆中不存在该类的任何实例。

• 加载该类的 ClassLoader 已经被回收。

• 该类对应的 java.lang.Class 对象没有在任何地方被引用，无法在任何地方通过反射访问该类的方法。

虚拟机可以对满足上述 3 个条件的无用类进行回收，这里说的仅仅是“可以”，而并不是和对象一样不使用了就会必然被回收。

9、为什么要区分新生代和老年代

当前虚拟机的垃圾收集都采用分代收集算法，这种算法没有什么新的思想，只是根据对象存活周期的不同将内存分为几块。一般将 java 堆分为新生代和老年代，这样我们就可以根据各个年代的特点选择合适的垃圾收集算法。

比如在新生代中，每次收集都会有大量对象死去，所以可以选择复制算法，只需要付出少量对象的复制成本就可以完成每次垃圾收集。而老年代的对象存活几率是比较高的，而且没有额外的空间对它进行分配担保，所以我们必须选择“标记-清除”或“标记-整理”算法进行垃圾收集。