G1调优实践日记--G1HeapWastePercent和InitiatingHeapOccupancyPercent的应用

背景

最近有个算文本相似度的需求，当然这算法copy过来没做过什么验证就直接上线了，然后应用程序莫名就开始OOM，然后进程直接被kill掉，当然一开始我没想起来是这段算法代码的锅，我把java_pid18776.hprof文件down下来先用jprofiler研究了一番，居然发现没有什么大对象，然后我以为是其它原因，比如kafka消费量大导致的问题，然后去折腾jvm参数。直接导致我因为没有找到根本原因白白浪费时间。但是有失必有得，这次我也了解了G1的一些有用的调优参数，帮助我后期更了解G1

顺便抱怨一句，下图是jhat和jprofiler加载同一个堆文件，jhat直接告诉了OOM的根本原因，而jprofiler直接没有关键信息，不知道是不是软件bug。

G1HeapWastePercent和InitiatingHeapOccupancyPercent

当然，这篇文章的重点是两个参数的介绍。这里推荐先看看oracle对G1的官方说明。理解g1的基本原理，对调优参数的使用会有帮助

Getting Started with the G1 Garbage Collector

G1跟之前的垃圾回收器一样，只是它在老年代回收垃圾时更复杂一点，官方对在老年代的回收整体上称为Concurrent Marking Cycle Phases(并发标记周期阶段)，而具体每个阶段做了什么可以详细看官方的说明。

而 Concurrent Marking Cycle Phases 带来的总结说明文档也有写。大致就是

• 可以同时回收年轻代和老年代。
• 在标记阶段是并发执行(没有STW),
• 重新标记阶段比CMS效率更高。

而今天我们介绍的两个参数就是在调Concurrent Marking Cycle Phases。

首先第一个是 XX:InitiatingHeapOccupancyPercent

• -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 - Percentage of the (entire) heap occupancy to start a concurrent GC cycle. It is used by G1 to trigger a concurrent GC cycle based on the occupancy of the entire heap, not just one of the generations. A value of 0 denotes ‘do constant GC cycles’. The default value is 45 (i.e., 45% full or occupied).

第一个参数的意思就是当整个堆占用超过某个百分比时，就会触发并发GC周期，这个百分比默认是45%，我的理解来说，如果你的项目没有大的cpu负载压力，可以适当降低这个值，带来的好处就是提前开始Concurrent Marking Cycle Phases ，进一步来说，回收 年轻代 and 老年代 也会提前开始，这样有利于防止年轻代晋升老年代失败(老年代容量不足)而触发Full GC

如果你调整 InitiatingHeapOccupancyPercent 的值比较低，你就能在gc log 看到下列的语句频繁出现，也就说明了Concurrent Marking Cycle Phases 的开始

第二个是 -XX:G1HeapWastePercent ，通过-XX:G1HeapWastePercent指定，默认值5%，也就是在全局并发标记结束后能够统计出所有可被回收的垃圾占Heap的比例值，如果超过5%，那么就会触发之后的多轮Mixed GC，mixed gc会同时回收年轻代+老年代，而这个参数可以指定mixed gc触发的时机。而且mixed gc 可以在 gc log中清楚的记录下来。这个参数与InitiatingHeapOccupancyPercent 结合使用的话可以提前回收老年代，让老年代提前释放空间。

结语

事情的最后，我通过jhat才知道 是因为文本相似算法对于长的文本会产生大量的char二维数组，会瞬间让系统奔溃。而这次介绍的参数虽然没有在这次事故中帮上忙，但也有意外的收获 – 我觉得这两个参数在系统应用压力不是很大的情况下，可以提前释放老年代的空间，防止 Evacuation Failure的发生。对gc优化有着积极意义。

2020.12.2 号后续补充

在有一次看到一篇小米的技术文章，我感觉我对那两个调优参数理解有误，特此来记录一下，先上文章地址，写的很好的一篇gc调优技术文章。
小米Talos GC性能调优实践

在文章里，对InitiatingHeapOccupancyPercent的使用是根据堆实际占用率来定的，比如你一个程序的堆实际占用一直是2个g，整个堆你设置了5g，然后InitiatingHeapOccupancyPercent 设置为45 ，那么触发 并发标记周期阶段 的时机就是你的堆实际占用涨到2.25个g才会触发。这样每次收集老年代才能真正省出容量。拿我一个在线上的es来举例：

优化前关键参数如下

-Xms5g
-Xmx5g
-XX:G1HeapWastePercent=10 
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=30

我们的老年代长期维持在2g左右，那么现在的参数gc表现如何呢?我把gc日志用gceasy网站做了图形化的分析。

可以看到，老年代的实际空间一直是一条平滑的直线，每次只能回收一丁点,回收的效率实在是差。

young gc 的持续时间也大部分在4s左右

从gc各阶段发生的次数统计 也能发现gc次数比较多，mixed回收间隔时间平均只有2分钟。

问题就出在 XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 设置太小，之前我喜欢设置小是因为怕老年代早早见顶，而且机器也富有余力，就没在意回收效率，理论上至少要设置 2g/5g = 40%以上，才不会频繁启动 并发标记周期阶段。

随后我重新设置gc参数，将 XX:InitiatingHeapOccupancyPercent提高到50%

-XX:G1HeapWastePercent=10
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=50

直接上图看效果，老年代不再是一条平滑的曲线，mixgc发生时也能回收一定的内存。

4s左右的gc次数也大大减少

gc 并发标记周期阶段 次数也降到了只有十位数，比之前有较大的改观。

这次调整后，cpu占用也下降了不少，但是这次调整后还有一些4s的young gc存在，我查了下gc 日志，它是 并发标记阶段花费的时间，没有到垃圾回收，没有啥问题。