Java GC 分析，JVM生产环境参数实例及分析，JVM详细配置

什么是 Java GC

Java GC（Garbage Collection，垃圾收集，垃圾回收）机制，是Java与C++/C的主要区别之一，作为Java开发者，一般不需要专门编写内存回收和垃圾清理代码，对内存泄露和溢出的问题，也不需要像C程序员那样战战兢兢。这是因为在Java虚拟机中，存在自动内存管理和垃圾清扫机制。概括地说，该机制对JVM（Java Virtual Machine）中的内存进行标记，并确定哪些内存需要回收，根据一定的回收策略，自动的回收内存，永不停息（Nerver Stop）的保证JVM中的内存空间，防止出现内存泄露和溢出问题。

在Java语言出现之前，就有GC机制的存在，如Lisp语言），Java GC机制已经日臻完善，几乎可以自动的为我们做绝大多数的事情。然而，如果我们从事较大型的应用软件开发，曾经出现过内存优化的需求，就必定要研究Java GC机制。

简单总结一下，Java GC就是通过GC收集器回收不在存活的对象，保证JVM更加高效的运转。

如何获取 Java GC日志

一般情况可以通过两种方式来获取GC日志，一种是使用命令动态查看，一种是在容器中设置相关参数打印GC日志。

命令动态查看

Java 自动的工具行命令，jstat可以用来动态监控JVM内存的使用，统计垃圾回收的各项信息。

比如常用命令， jstat-gc 统计垃圾回收堆的行为：

$ jstat -gc 1262

也可以设置间隔固定时间来打印：

$ jstat -gc 1262 2000 20

这个命令意思就是每隔2000ms输出1262的gc情况，一共输出20次。

GC参数

JVM的GC日志的主要参数包括如下几个：

• -XX:+PrintGC 输出GC日志
• -XX:+PrintGCDetails 输出GC的详细日志
• -XX:+PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
• -XX:+PrintGCDateStamps 输出GC的时间戳（以日期的形式，如 2017-09-04T21:53:59.234+0800）
• -XX:+PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
• -Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的输出路径

在生产环境中，根据需要配置相应的参数来监控JVM运行情况。

Tomcat 设置示例

我们经常在tomcat的启动参数中添加JVM相关参数，这里有一个典型的示例：

JAVA_OPTS="-server -Xms2000m -Xmx2000m -Xmn800m -XX:PermSize=64m -XX:MaxPermSize=256m -XX:SurvivorRatio=4

-verbose:gc -Xloggc:$CATALINA_HOME/logs/gc.log 

-Djava.awt.headless=true 

-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails 

-Dsun.rmi.dgc.server.gcInterval=600000 -Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=600000

-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:MaxTenuringThreshold=15"

根据上面的参数我们来做一下解析：

-Xms2000m-Xmx2000m-Xmn800m-XX:PermSize=64m-XX:MaxPermSize=256m
Xms，即为jvm启动时得JVM初始堆大小,Xmx为jvm的最大堆大小，xmn为新生代的大小，permsize为永久代的初始大小，MaxPermSize为永久代的最大空间。

-XX:SurvivorRatio=4
SurvivorRatio为新生代空间中的Eden区和救助空间Survivor区的大小比值，默认是32，也就是说Eden区是 Survivor区的32倍大小，要注意Survivo是有两个区的，因此Surivivor其实占整个young genertation的1/34。调小这个参数将增大survivor区，让对象尽量在survitor区呆长一点，减少进入年老代的对象。去掉救助空间的想法是让大部分不能马上回收的数据尽快进入年老代，加快年老代的回收频率，减少年老代暴涨的可能性，这个是通过将-XX:SurvivorRatio 设置成比较大的值（比如65536)来做到。

-verbose:gc-Xloggc:$CATALINA_HOME/logs/gc.log
将虚拟机每次垃圾回收的信息写到日志文件中，文件名由file指定，文件格式是平文件，内容和-verbose:gc输出内容相同。

-Djava.awt.headless=true Headless模式是系统的一种配置模式。在该模式下，系统缺少了显示设备、键盘或鼠标。

-XX:+PrintGCTimeStamps-XX:+PrintGCDetails
设置gc日志的格式

-Dsun.rmi.dgc.server.gcInterval=600000-Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=600000
指定rmi调用时gc的时间间隔

-XX:+UseConcMarkSweepGC-XX:MaxTenuringThreshold=15 采用并发gc方式，经过15次minor gc 后进入年老代。

GC优化是必要的吗？

或者更准确地说，GC优化对Java基础服务来说是必要的吗？答案是否定的，事实上GC优化对Java基础服务来说在有些场合是可以省去的，但前提是这些正在运行的Java系统，必须包含以下参数或行为：

• 内存大小已经通过-Xms和-Xmx参数指定过
• 运行在server模式下（使用-server参数）
• 系统中没有残留超时日志之类的错误日志

换句话说，如果你在运行时没有手动设置内存大小并且打印出了过多的超时日志，那你就需要对系统进行GC优化。

不过你需要时刻谨记一句话：GC tuning is the last task to be done.

现在来想一想GC优化的最根本原因，垃圾收集器的工作就是清除Java创建的对象，垃圾收集器需要清理的对象数量以及要执行的GC数量均取决于已创建的对象数量。因此，为了使你的系统在GC上表现良好，首先需要减少创建对象的数量。

俗话说“冰冻三尺非一日之寒”，我们在编码时要首先要把下面这些小细节做好，否则一些琐碎的不良代码累积起来将让GC的工作变得繁重而难于管理：

• 使用 StringBuilder或 StringBuffer来代替 String
• 尽量少输出日志

尽管如此，仍然会有我们束手无策的情况。XML和JSON解析过程往往占用了最多的内存，即使我们已经尽可能地少用String、少输出日志，仍然会有大量的临时内存（大约10-100MB）被用来解析XML或JSON文件，但我们又很难弃用XML和JSON。在此，你只需要知道这一过程会占据大量内存即可。

如果在经过几次重复的优化后应用程序的内存用量情况有所改善，那么久可以启动GC优化了。

总结了GC优化的两个目的：

• 将进入老年代的对象数量降到最低
• 减少Full GC的执行时间

将进入老年代的对象数量降到最低
除了可以在JDK 7及更高版本中使用的G1收集器以外，其他分代GC都是由Oracle JVM提供的。关于分代GC，就是对象在Eden区被创建，随后被转移到Survivor区，在此之后剩余的对象会被转入老年代。也有一些对象由于占用内存过大，在Eden区被创建后会直接被传入老年代。老年代GC相对来说会比新生代GC更耗时，因此，减少进入老年代的对象数量可以显著降低Full GC的频率。你可能会以为减少进入老年代的对象数量意味着把它们留在新生代，事实正好相反，新生代内存的大小是可以调节的。

降低Full GC的时间
Full GC的执行时间比Minor GC要长很多，因此，如果在Full GC上花费过多的时间（超过1s），将可能出现超时错误。

• 如果通过减小老年代内存来减少Full GC时间，可能会引起 OutOfMemoryError或者导致Full GC的频率升高。
• 另外，如果通过增加老年代内存来降低Full GC的频率，Full GC的时间可能因此增加。

因此，你需要把老年代的大小设置成一个“合适”的值。

影响GC性能的参数

正如在系列的第一篇文章《理解Java GC》末尾提到的，不要幻想着“如果有人用他设置的GC参数获取了不错的性能，我们为什么不复制他的参数设置呢？”，因为对于不用的Web服务，它们创建的对象大小和生命周期都不相同。

举一个简单的例子，如果一个任务的执行条件是A，B，C，D和E，另一个完全相同的任务执行条件只有A和B，那么哪一个任务执行速度更快呢？作为常识来讲，答案很明显是后者。

Java GC参数的设置也是这个道理，设置好几个参数并不会提升GC执行的速度，反而会使它变得更慢。GC优化的基本原则是将不同的GC参数应用到两个及以上的服务器上然后比较它们的性能，然后将那些被证明可以提高性能或减少GC执行时间的参数应用于最终的工作服务器上。

下面这张表展示了与内存大小相关且会影响GC性能的GC参数

类型	参数	描述
堆内存大小	-Xms	启动JVM时堆内存的大小
	-Xmx	堆内存最大限制
新生代空间大小	-XX:NewRatio	新生代和老年代的内存比
	-XX:NewSize	新生代内存大小
	-XX:SurvivorRatio	Eden区和Survivor区的内存比

在进行GC优化时最常用的参数是 -Xms, -Xmx和 -XX:NewRatio。 -Xms和 -Xmx参数通常是必须的，所以 NewRatio的值将对GC性能产生重要的影响。

有些人可能会问如何设置永久代内存大小，你可以用 -XX:PermSize和 -XX:MaxPermSize参数来进行设置，但是要记住，只有当出现 OutOfMemoryError错误时你才需要去设置永久代内存。

还有一个会影响GC性能的因素是垃圾收集器的类型,下表展示了关于GC类型的可选参数（基于JDK 6.0）：

GC类型	参数	备注
Serial GC	-XX:+UseSerialGC
Parallel GC	-XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=value
Parallel Compacting GC	-XX:+UseParallelOldGC
CMS GC	-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=value -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
G1	-XX:+UnlockExperimentalVMOptions -XX:+UseG1GC	在JDK 6中这两个参数必须配合使用

除了G1收集器外，可以通过设置上表中每种类型第一行的参数来切换GC类型，最常见的非侵入式GC就是Serial GC，它针对客户端系统进行了特别的优化。

会影响GC性能的参数还有很多，但是上述的参数会带来最显著的效果，请切记，设置太多的参数并不一定会提升GC的性能。

网上某个牛人的配置 :每天几百万pv一点问题都没有，网站没有停顿：

$JAVA_ARGS
.=
"
-Dresin.home=$SERVER_ROOT
-server
-Xms6000M
-Xmx6000M
-Xmn500M
-XX:PermSize=500M
-XX:MaxPermSize=500M
-XX:SurvivorRatio=65536
-XX:MaxTenuringThreshold=0
-Xnoclassgc
-XX:+DisableExplicitGC
-XX:+UseParNewGC
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled
-XX:-CMSParallelRemarkEnabled
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=90
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0
-XX:+PrintClassHistogram
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintHeapAtGC
-Xloggc:log/gc.log
";

说明一下， -XX:SurvivorRatio=65536 -XX:MaxTenuringThreshold=0就是去掉了救助空间； 

-Xnoclassgc禁用类垃圾回收，性能会高一点； 

-XX:+DisableExplicitGC禁止System.gc()，免得程序员误调用gc方法影响性能； 

-XX:+UseParNewGC，对年轻代采用多线程并行回收，这样收得快； 

带CMS参数的都是和并发回收相关的，不明白的可以上网搜索； 

CMSInitiatingOccupancyFraction，这个参数设置有很大技巧，基本上满足(Xmx-Xmn)*(100-CMSInitiatingOccupancyFraction)/100>=Xmn就不会出现promotion failed。在我的应用中Xmx是6000，Xmn是500，那么Xmx-Xmn是5500兆，也就是年老代有5500兆，CMSInitiatingOccupancyFraction=90说明年老代到90%满的时候开始执行对年老代的并发垃圾回收（CMS），这时还剩10%的空间是5500*10%=550兆，所以即使Xmn（也就是年轻代共500兆）里所有对象都搬到年老代里，550兆的空间也足够了，所以只要满足上面的公式，就不会出现垃圾回收时的promotion failed； 

SoftRefLRUPolicyMSPerMB这个参数我认为可能有点用，官方解释是softly reachable objects will remain alive for some amount of time after the last time they were referenced. The default value is one second of lifetime per free megabyte in the heap，我觉得没必要等1秒； 

-Xmx4000M
-Xms4000M
-Xmn600M
-XX:PermSize=500M
-XX:MaxPermSize=500M
-Xss256K
-XX:+DisableExplicitGC
-XX:SurvivorRatio=1
-XX:+UseConcMarkSweepGC
-XX:+UseParNewGC
-XX:+CMSParallelRemarkEnabled
-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0
-XX:+CMSClassUnloadingEnabled
-XX:LargePageSizeInBytes=128M
-XX:+UseFastAccessorMethods
-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly
-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80
-XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0
-XX:+PrintClassHistogram
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCTimeStamps
-XX:+PrintHeapAtGC
-Xloggc:log/gc.log

改进方案：

上面方法不太好，因为没有用到救助空间，所以年老代容易满，CMS执行会比较频繁。我改善了一下，还是用救助空间，但是把救助空间加大，这样也不会有promotion failed。

具体操作上，32位Linux和64位Linux好像不一样，64位系统似乎只要配置MaxTenuringThreshold参数，CMS还是有暂停。为了解决暂停问题和promotion failed问题，最后我设置-XX:SurvivorRatio=1 ，并把MaxTenuringThreshold去掉，这样即没有暂停又不会有promotoin failed，而且更重要的是，年老代和永久代上升非常慢（因为好多对象到不了年老代就被回收了），所以CMS执行频率非常低，好几个小时才执行一次，这样，服务器都不用重启了。