JAVA应用性能监控之JVM层GC调优

1. JVM内存结构

1.1 运行时数据区

程序计数器PC Register：JVM支持多线程同时执行，每一个线程都有自己的PC Register，线程正在执行的方法叫做当前方法，如果是java代码，PC Register里面存放的就是房钱正在执行的指令的地址，如果你是C代码，则为空。

Java虚拟机栈（Java Virtual Machine Stacks）是线程私有的，它的生命周期与线程相同。虚拟机栈描述的是Java方法执行的内存模型：每个方法在执行的同时都会创建一个栈帧，用于存储局部变量表、操作数栈、动态链接、方法出口灯信息。每一个方法从调用直至执行完成的过程，就对应着一个栈帧在虚拟机栈中入栈到出栈的过程。

Java堆（Java Heap）是Java虚拟机所管理的内存中最大的一块。堆是被所有线程共享的一块内存区域，在虚拟机启动时创建。此内存区域的唯一目的就是存放对象实例，几乎所有的对象实例都在这里分配内存。Java堆可以处于物理上不连续的内存空间中，只要逻辑上是连续的即可。

方法区（Method Area）：方法区域java堆一样，是各个线程共享的内存区域，它用于存储已被虚拟机加载的类信息、常亮、静态变量、即时编译器编译后的代码等数据。虽然Java虚拟机规范把方法区描述为堆的一个逻辑部分，但是它却有一个别名叫做Non-Heap（非堆），目的是与Java堆区分开来。

运行时常量池（Runtime Constant Pool）是方法区的一部分。Class文件中除了有类的版本、字段、方法、接口等描述信息外，还有一项信息是常量池（Constant Pool Table），用于存放编译器生成的各种字面量和符号引用，这部分内容将在类加载后进入方法区的常量池中存放。

本地方法栈（Native Method Stacks）与虚拟机栈所放回的作用是非常相似的，它们之间的区别不过是虚拟机栈为虚拟机执行的Java方法（也就是字节码）服务，而本地方法栈则为虚拟机使用到的Native方法服务。

1.2 JVM的内存结构

实例：

启用压缩类空间：

jstat -gc 13144

禁用压缩类空间：

jstat -gc 13523

codecache也是一样操作。

-xint

常用参数：

-Xms-Xmx

-XX:NewSize -XX:MaxNewSize

-XX:NewRatio -XX:SurvivorRatio

-XX:MetaspaceSize -XX:MaxMetaspaceSize

-XX:+UseCompressedClassPointers

-XX:CompressedClassSpaceSize

-XX:InitialCodeCacheSize

-XX:ReservedCodeCacheSize

2. 垃圾回收算法

2.1 如何确定垃圾

2.2 各类算法

对象分配：

对象优先分配在Eden区。

大对象直接进入老年代：-XX:PretenureSizeThreshold，该参数规定多大的对象会直接分配在老年代。

长期存活对象进入老年代： 

-XX:MaxTenuringThreshold 晋升阈值 

-XX:+PrintTenuringDistribution 发生Young GC时候，打印存活对象的年龄的分布情况 

-XX:TargetSurivorRatio 设置Surivor区，Young区垃圾回收后存活对象的比例，假设该值设置为80%，意味着发生一次Young GC，Surivor区存活对象为80%，这时候需要计算这些80%存活对象的平均年龄，用平均年龄和晋升阈值之间取一个最小值，如果有对象年龄大于该最小值，也会将该对象晋升到老年代。

3. 垃圾收集器

3.1 三种类型垃圾收集器

串行收集器Serial：Serial、Serial Old。单线程，适用于内存小的嵌入式设备。

并行收集器Parallel：Paralel Scavenge、Parallel Old，吞吐量优先。

并发收集器Concurrent：CMS、G1，停顿时间优先。

3.2 并行VS并发

并行是指多条垃圾收紧线程并行工作，但此时用户线程仍然处于等待状态。适合科学计算、后台处理等弱交互场景。

并发指用户线程与垃圾收集线程同时执行（但不一定是并行的，可能会交替执行），垃圾收集线程在执行的时候不会停顿用户程序的运行。适合对响应时间有要求的场景，比如Web。

3.3 停顿时间VS吞吐量

停顿时间：垃圾收集器做垃圾回收中断应用执行的时间，-XX:MaxGCPauseMillis

吞吐量：花在垃圾收集的时间和花在应用时间的占比。-XXGCTimeRatio=，来及收集时间占：1/1+n。

3.4 如何评价一个垃圾回收器的好坏

3.5 三种类型垃圾收集器开启与停用

串行收集器：

并行收集器：

并发收集器：

3.6 垃圾收集器搭配

有连线的是可以相互搭配使用。

JDK8推荐使用G1，性能比较好，在Yong区和Old区都可以使用。

虚线表示CMS可能退化成SerialOld，空间担保分配失败。

如何选择垃圾收集器？

优先调整堆的大小，让JVM自己来选择；

如果内存小于100M，使用串行收集器；

如果是单核，并没有停顿时间的要求，串行或JVM自己选；

如果允许停顿时间超过1秒，选择并行或JVM自己选；

如果响应时间非常重要，并且不能超过1秒，使用并发收集器；

3.7 两种常用垃圾收集器

3.7.1 Parallel Collector

工作原理：当发现内存不够时，暂停应用程序，启动多个垃圾回收线程来回收垃圾，垃圾回收结束后，重新启动应用程序。

-XX:+UseParallelGC 手动开启，server模式默认开启；

-XX:ParallelGCThreads= 开启多少个GC线程；

并行收集器的自适应特性（Parallel Collector Ergonomics），会自动调整堆得大小，来自适应调整满足我们设定的指标：

-XX:MaxGCPauseMills= 最大停顿时间；

-XX:GCTimeRatio= 吞吐量；

-Xmx 堆的大小； 

优先满足停顿时间要求，然后满足吞吐量要求，如果两个都满足的话，它会减小堆得大小，来满足停顿时间的要求，直到这三个条件中有一个是满足不了的。自适应其实不是最优的，因为它需要动态调整堆得大小来满足这些条件。 

动态内存调整 

并行收集器在自适应的时候会动态调整内存；

-XX:YongGenerationSizeIncrement= Yong区动态调整每次增加的大小，默认20%；

-XX:TenuredGenerationSizeIncrement= Old区动态调整每次增加的大小，默认20%；

-XX:AdaptiveSizeDecrementScaleFactor= 动态减小时每次减小的大小，默认4%； 

在生产环境下很少使用自适应功能，主要通过手动调整。

3.7.2 CMS Collector

（1）CMS垃圾收集过程

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