[JVM]理解GC日志

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1. 输出GC日志

通过阅读GC日志，我们可以了解Java虚拟机内存分配与回收策略。
先来看一个简单的示例，通过设置VM参数"XX:+PrintGCDetails"就可以打印出GC日志

zhanghuamaodeMacBook-Pro:java zhanghuamao$ java -XX:+PrintGCDetails TestClass
hello
Heap
 PSYoungGen      total 76288K, used 3932K [0x000000076ab00000, 0x0000000770000000, 0x00000007c0000000)
  eden space 65536K, 6% used [0x000000076ab00000,0x000000076aed7240,0x000000076eb00000)
  from space 10752K, 0% used [0x000000076f580000,0x000000076f580000,0x0000000770000000)
  to   space 10752K, 0% used [0x000000076eb00000,0x000000076eb00000,0x000000076f580000)
 ParOldGen       total 175104K, used 0K [0x00000006c0000000, 0x00000006cab00000, 0x000000076ab00000)
  object space 175104K, 0% used [0x00000006c0000000,0x00000006c0000000,0x00000006cab00000)
 Metaspace       used 2630K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

• PSYoungGen
  PS是Parallel Scavenge收集器的缩写，它配套的新生代称为PSYoungGen，新生代又分化eden space、from space和to space这三部分

• ** ParOldGen**
  Parallel Scavenge收集器配套的老年代

• Metaspace
  Parallel Scavenge收集器配套的永久代

• total & used
  总的空间和用掉的空间

2. GC日志分析

2.1 新生代Minor GC

先来回顾下垃圾回收算法，通常新生代按照8:1:1(eden space + survivor from space + survivor to space)进行内存划分，新生产的对象会被放到eden space，当eden内存不足时，就会将存活对象移动到survivor区域，如果survivor空间也不够时，就需要从老年代中进行分配担保，将存活的对象移动老年代，这就是一次Minor GC的过程。

新生代

1. 示例代码

• code

/**
 * VM agrs: -verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails
 * -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC
 */

public class MinorGCTest {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void testAllocation() {
        byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
        allocation1 = new byte[2 * _1MB];
        allocation2 = new byte[2 * _1MB];
        allocation3 = new byte[2 * _1MB];
        allocation4 = new byte[4 * _1MB];
    }

    public static void main(String[] agrs) {
        testAllocation();
    }
}

• VM参数说明

Option	Description
-verbose:gc	显示GC的操作内容
-Xms20M -Xmx20M	设置堆大小为20M
-Xmn10M	设置新生代的内存空间大小为10M
-XX:+PrintGCDetails	打印GC中的变化
-XX:SurvivorRatio=8	新生代中Eden区域与Survivor区域的大小比值
-XX:+UseSerialGC	在新生代和老年代中使用串行收集器，由于-verbose:gc参数对Parallel Scavenge收集器不起作用，无法显示显示GC的操作内容，因此采用串行收集器

• 示例代码说明
• 该段代码一共创建了4个数组对象，在给allocation4分配空间前的内存空间使用情况如下：

before MinorGC

• 需要执行一次MinorGC才能给allocation4分配空间，分配成功以后内存空间使用情况如下：

after MinorGC

2. GC日志

Minor GC日志

• [GC [DefNew ... ...]

• GC日志开头的信息通过设置-verbose:gc参数后才能输出。

• "[GC"和"[Full GC"说明这次垃圾收集的停顿类型，如果这次GC发生了Stop-The-World，则为"[Full GC"，否则为"[GC"

• "[DefNew "表示GC发生的区域为Serial收集器的新生代中，DefNew是"Default New Generation"的缩写。Serial收集器的老年代和永久代分别表示为"Tenured"、"Perm"

• ** eden space 8192K, 52% used**

• 新生代的Eden区总共大小为8MB，使用掉的4MB是用来存放allocation4对象

• tenured generation total 10240K, used 6144K

• 老年代大小为10MB，使用掉的6MB是用来存放allocation1、allocation2和allocation3这3个对象

2.2 大对象直接进入老年代

1. 示例代码

• code

/**
 * VM agrs: -verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails
 * -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC      
 * -XX:PretenureSizeThreshold=3145728
 */

public class TestClass2 {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    
    public static void testPretenureSizeThreshold() {
        byte[] allocation;
        allocation = new byte[4 * _1MB];
    }
    /**
     * @param args
     */
    public static void main(String[] args) {
        // TODO Auto-generated method stub
        testPretenureSizeThreshold();
    }

}

• VM参数说明

Option	Description
-XX:PretenureSizeThreshold=3145728	所占用内存大于该值的对象直接分配到老年代，3145728为3MB

• 示例代码说明
  该段代码创建了一个数组对象allocation，大小为4MB，已经超出PretenureSizeThreshold设置的范围，该对象将直接被分配到老年代中。

2. GC日志

大对象直接进入老年代-GC日志

• tenured generation total 10240K, used 4096K
  老年代大小为10MB，用掉的4MB用来存放allocation对象

2.3 长期存活的对象进入老年代

1. 示例代码

• code

/**
 * VM agrs: -verbose:gc -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:+PrintGCDetails
 * -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseSerialGC -XX:MaxTenuringThreshold=1
 */

public class TestClass3 {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;

    public static void testTenuringThreshold() {
        byte[] allocation1, allocation2, allocation3;
        allocation1 = new byte[_1MB / 4];
        allocation2 = new byte[4 * _1MB];
        allocation3 = new byte[4 * _1MB];
        allocation3 = null;
        allocation3 = new byte[4 * _1MB];
    }

    public static void main(String[] agrs) {
        testTenuringThreshold();
    }
}

• VM参数说明

Option	Description
-XX:MaxTenuringThreshold=1	对象晋升为老年代的年龄阀值为1

• 示例代码说明
  该段代码创建了3个数组对象，当执行到"allocation3 = new byte[4 * _1MB]; "时，Eden已经被占用了256KB + 4MB，而创建allocation3需要4MB，已经超过Eden的大小8MB，需要先发生一次MinorGC，才能保证有空间存放allocation3

2. GC日志

• 设置参数为MaxTenuringThreshold=1的运行结果

• 由GC日志开头的两句"[GC [DefNew"可知，该段代码一共发生了2次GC，第一次是"allocation3 = new byte[4 * _1MB]; "，第二次是执行allocation3 = null时

• allocation1在经过第一次GC时，对象年龄变成了1，由于设置的MaxTenuringThreshold=1，当发生第二次GC时，allocation1的年龄已经超出了设置的阀值，allocation1进入到老年代，因此，新生代的from space使用空间为0，对应GC语句为from space 1024K, 0% used

MaxTenuringThreshold=1

• 设置参数为MaxTenuringThreshold=15的运行结果
  由于设置的MaxTenuringThreshold=15，发生第二次GC时，allocation1的年龄没有超出设置的阀值，因此，新生代的from space使用空间不为0，对应GC语句为from space 1024K, 44% used

MaxTenuringThreshold=15

3. 参考

• 深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践（第2版）