JVM学习(7)Stop-The-World

一.概述:

java对象内存申请过程:

1.JVM会试图为相关Java对象在Eden中初始化一块内存区域;当Eden空间足够时,内存申请结束。否则到下一步;
2.JVM试图释放在Eden中所有不活跃的对象(minor collection),释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象,则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区;
3.Survivor区被用来作为Eden及old的中间交换区域,当old区空间足够时,Survivor区的对象会被移到Old区,否则会被保留在Survivor区;
4.当old区空间不够时,JVM会在old区进行major collection;
5.垃圾收集后,若Survivor及old区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象,导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域,则出现"Out of memory错误";

Stop-The-World:

在新生代进行的GC叫做minor GC,在老年代进行的GC都叫major GC,Full GC同时作用于新生代和老年代。在垃圾回收过程中经常涉及到对对象的挪动(比如上文提到的对象在Survivor 0和Survivor 1之间的复制),进而导致需要对对象引用进行更新。为了保证引用更新的正确性,Java将暂停所有其他的线程,这种情况被称为“Stop-The-World”,导致系统全局停顿。Stop-The-World对系统性能存在影响,因此垃圾回收的一个原则是尽量减少“Stop-The-World”的时间。

不同垃圾收集器的Stop-The-World情况,Serial、Parallel和CMS收集器均存在不同程度的Stop-The-Word情况;而即便是最新的G1收集器也不例外。

  • Java中一种全局暂停的现象,jvm挂起状态

  • 全局停顿,所有Java代码停止,native代码可以执行,但不能和JVM交互

  • 多半由于jvm的GC引起,如:
    1.老年代空间不足。
    2.永生代(jkd7)或者元数据空间(jkd8)不足。
    3.System.gc()方法调用。
    4.CMS GC时出现promotion failed和concurrent mode failure
    5.YoungGC时晋升老年代的内存平均值大于老年代剩余空间
    6.有连续的大对象需要分配

  • 除了GC还有以下原因:
    1.Dump线程--人为因素。
    2.死锁检查。
    3.堆Dump--人为因素。
    Full GC 是清理整个堆空间—包括年轻代和老年代。

GC时为什么会有全局停顿?

类比在聚会时打扫房间,聚会时很乱,又有新的垃圾产生,房间永远打扫不干净,只有让大家停止活动了,才能将房间打扫干净。当gc线程在处理垃圾的时候,其它java线程要停止才能彻底清除干净,否则会影响gc线程的处理效率增加gc线程负担,特别是在垃圾标记的时候。

危害

  • 长时间服务停止,没有响应
  • 遇到HA系统,可能引起主备切换,严重危害生产环境。
  • 新生代的gc时间比较短(),危害小。
  • 老年代的gc有时候时间短,但是有时候比较长几秒甚至100秒--几十分钟都有。
  • 堆越大花的时间越长。

三.例子:

  • -Xmn1m代表年轻代几乎没有空间。对象都到老年代了。
  • 类PrintThread是打印线程,每100毫秒打印一次,如何应用线程暂停了,那么会延迟。
  • 类MyThread是消耗jvm内存的线程,每到450M,会让对象失去引用。
/**
 *
 * 启动参数:-Xmx512m -Xms512m -XX:+UseSerialGC -XX:+PrintGCDetails -Xmn1m
 *
 * -XX:+UseSerialGC:新生代和老年代都用单线程的串行回收器。适合单核并发能力差得处理器。
 * -XX:+UseParNewGC:新生代用并行的ParNew回收期,老年代都用单线程的串行回收器。适合多核,并发能力强的处理器。
 * -XX:+UseParallelGC:新生代使用ParallelGC回收器,老年代使用串行回收器。
   -XX:+UseParallelOldGC:新生代使用ParallelGC回收器,老年代使用ParallelOldGC回收器。
 * 1)--
 * -XX:+UseConclMarkSweepGC:老年代使用CMS回收器。
 *
 * Created by chenyang on 20
 * 17/2/2.
 */

public class StopWorldTest {

    public static class MyThread extends Thread{
        HashMap map=new HashMap();

        @Override
        public void run() {
            try {
                while (true){
                    if(map.size()*512/1024/1024>=450){
                        System.out.println("============准备清理==========:"+map.size());//大于450M时,清理内存。
                        map.clear();
                        System.out.println("clean map");
                    }
                    for(int i=0;i<100;i++){
                        map.put(System.nanoTime(),new byte[512]);//消耗内存。
                    }
                    Thread.sleep(1);
                }
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    public static class PrintThread extends Thread {

        public static final long starttime = System.currentTimeMillis();

        @Override
        public void run() {
            try {
                while (true) {
                    long t = System.currentTimeMillis() - starttime;
                    System.out.println("time:" + t);
                    Thread.sleep(100);
                }
            } catch (Exception e) {

            }
        }
    }

    public static void main(String[] args) {
        MyThread t=new MyThread();
        PrintThread p=new PrintThread();
        t.start();
        p.start();
    }
}

gc日志:

14.381
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0044628 secs] 511175K->511171K(524224K), 0.0044856 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->64K(960K), 0.0048768 secs] 512067K->512064K(524224K), 0.0048978 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 960K->63K(960K), 0.0049033 secs] 512960K->512956K(524224K), 0.0049314 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0047410 secs] 513852K->513848K(524224K), 0.0047609 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
14.486
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->64K(960K), 0.0058544 secs] 514744K->514740K(524224K), 0.0058874 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 960K->64K(960K), 0.0045730 secs] 515636K->515635K(524224K), 0.0045907 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 960K->63K(960K), 0.0053326 secs] 516531K->516527K(524224K), 0.0053546 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->64K(960K), 0.0049539 secs] 517423K->517418K(524224K), 0.0049781 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
14.590
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 960K->63K(960K), 0.0046786 secs] 518314K->518311K(524224K), 0.0047022 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0041492 secs] 519207K->519204K(524224K), 0.0041714 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0050918 secs] 520100K->520096K(524224K), 0.0051230 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0041798 secs] 520992K->520987K(524224K), 0.0042189 secs] [Times: user=0.00 sys=0.01, real=0.01 secs] 
14.695
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0037032 secs] 521883K->521879K(524224K), 0.0037310 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->64K(960K), 0.0052917 secs] 522775K->522774K(524224K), 0.0053151 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 960K->960K(960K), 0.0000131 secs][Tenured: 522710K->523263K(523264K), 0.4556888 secs] 523670K->523666K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.4557355 secs] [Times: user=0.45 sys=0.00, real=0.46 secs] 
15.212
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.3951695 secs] 524223K->524218K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.3951971 secs] [Times: user=0.40 sys=0.00, real=0.39 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.3942671 secs] 524223K->524222K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.3942906 secs] [Times: user=0.39 sys=0.01, real=0.40 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->516027K(523264K), 0.4641148 secs] 524222K->516027K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.4641369 secs] [Times: user=0.46 sys=0.00, real=0.46 secs] 
15.619
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 896K->64K(960K), 0.0025171 secs] 516923K->516887K(524224K), 0.0025344 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 960K->63K(960K), 0.0042796 secs] 517783K->517781K(524224K), 0.0043039 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0053306 secs] 518677K->518670K(524224K), 0.0053572 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0052464 secs] 519566K->519564K(524224K), 0.0052719 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
16.583
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->64K(960K), 0.0050433 secs] 520460K->520444K(524224K), 0.0050696 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 960K->64K(960K), 0.0050287 secs] 521340K->521333K(524224K), 0.0050566 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 960K->63K(960K), 0.0059352 secs] 522229K->522227K(524224K), 0.0059838 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->63K(960K), 0.0051672 secs] 523123K->523111K(524224K), 0.0051959 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.01 secs] 
16.687
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 959K->959K(960K), 0.0000174 secs][Tenured: 523047K->523263K(523264K), 0.4289996 secs] 524007K->523991K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.4290569 secs] [Times: user=0.43 sys=0.00, real=0.43 secs] 
 17.141 
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.3752676 secs] 524223K->524219K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.3753102 secs] [Times: user=0.37 sys=0.01, real=0.38 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.3974346 secs] 524223K->524223K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.3974563 secs] [Times: user=0.40 sys=0.00, real=0.39 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.4509967 secs] 524223K->524223K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.4510171 secs] [Times: user=0.45 sys=0.00, real=0.46 secs] 
17.522
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.3911804 secs] 524223K->524223K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.3912023 secs] [Times: user=0.39 sys=0.00, real=0.39 secs] 
18.762[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.4247627 secs] 524223K->524223K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.4247850 secs] [Times: user=0.42 sys=0.00, real=0.42 secs] 

[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.4053384 secs] 524223K->524223K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.4053664 secs] [Times: user=0.41 sys=0.00, real=0.41 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K), 0.3821490 secs] 524223K->524223K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.3821753 secs] [Times: user=0.38 sys=0.00, real=0.38 secs] 
19.593[Full GC (Allocation Failure) [TenuredException in thread "Thread-0" : 523263K->523263K(523264K), 0.3890329 secs] 524223K->524223K(524224K), [Metaspace: 3131K->3131K(1056768K)], 0.3890547 secs] [Times: user=0.39 sys=0.01, real=0.39 secs] 

说明:

  • 17.141秒前都是100ms打印一次,线程没有停顿。但是之后发生了因full gc引发零点几秒甚至将近1s的停顿。
  • 因为对象的引用还在,老年代的对象不会被回收。如:
    [Full GC (Allocation Failure) [Tenured: 523263K->523263K(523264K),

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