54、Spark性能优化之Java虚拟机垃圾回收调优

Java虚拟机垃圾回收调优的背景

如果在持久化RDD的时候，持久化了大量的数据，那么Java虚拟机的垃圾回收就可能成为一个性能瓶颈。因为Java虚拟机会定期进行垃圾回收，此时就会追踪所有的java对象，并且在垃圾回收时，找到那些已经不在使用的对象，然后清理旧的对象，来给新的对象腾出内存空间。
垃圾回收的性能开销，是跟内存中的对象的数量，成正比的。所以，对于垃圾回收的性能问题，首先要做的就是，使用更高效的数据结构，比如array和string；其次就是在持久化rdd时，使用序列化的持久化级别，而且用Kryo序列化类库，这样，每个partition就只是一个对象——一个字节数组。

GC对Spark性能影响的原理.png

监测垃圾回收

我们可以对垃圾回收进行监测，包括多久进行一次垃圾回收，以及每次垃圾回收耗费的时间。只要在spark-submit脚本中，增加一个配置即可，--conf "spark.executor.extraJavaOptions=-verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps"。
但是要记住，这里虽然会打印出Java虚拟机的垃圾回收的相关信息，但是是输出到了worker上的日志中，而不是driver的日志中。
其实也完全可以通过SparkUI（4040端口）来观察每个stage的垃圾回收的情况。

优化executor内存比例

调节executor内存比例.png

对于垃圾回收来说，最重要的就是调节RDD缓存占用的内存空间，与算子执行时创建的对象占用的内存空间的比例。默认情况下，Spark使用每个executor 60%的内存空间来缓存RDD，那么在task执行期间创建的对象，只有40%的内存空间来存放。
在这种情况下，很有可能因为你的内存空间的不足，task创建的对象过大，那么一旦发现40%的内存空间不够用了，就会触发Java虚拟机的垃圾回收操作。因此在极端情况下，垃圾回收操作可能会被频繁触发。
在上述情况下，如果发现垃圾回收频繁发生。那么就需要对那个比例进行调优，使用new SparkConf().set("spark.storage.memoryFraction", "0.5")即可，可以将RDD缓存占用空间的比例降低，从而给更多的空间让task创建的对象进行使用。
因此，对于RDD持久化，完全可以使用Kryo序列化，加上降低其executor内存占比的方式，来减少其内存消耗。给task提供更多的内存，从而避免task的执行频繁触发垃圾回收。

高级垃圾回收调优

JVM minor gc与full gc原理.png

Java堆空间被划分成了两块空间，一个是年轻代，一个是老年代。年轻代放的是短时间存活的对象，老年代放的是长时间存活的对象。年轻代又被划分了三块空间，Eden、Survivor1、Survivor2。
首先，Eden区域和Survivor1区域用于存放对象，Survivor2区域备用。创建的对象，首先放入Eden区域和Survivor1区域，如果Eden区域满了，那么就会触发一次Minor GC，进行年轻代的垃圾回收。Eden和Survivor1区域中存活的对象，会被移动到Survivor2区域中。然后Survivor1和Survivor2的角色调换，Survivor1变成了备用。
如果一个对象，在年轻代中，撑过了多次垃圾回收，都没有被回收掉，那么会被认为是长时间存活的，此时就会被移入老年代。此外，如果在将Eden和Survivor1中的存活对象，尝试放入Survivor2中时，发现Survivor2放满了，那么会直接放入老年代。此时就出现了，短时间存活的对象，进入老年代的问题。
如果老年代的空间满了，那么就会触发Full GC，进行老年代的垃圾回收操作。
Spark中，垃圾回收调优的目标就是，只有真正长时间存活的对象，才能进入老年代，短时间存活的对象，只能呆在年轻代。不能因为某个Survivor区域空间不够，在Minor GC时，就进入了老年代。从而造成短时间存活的对象，长期呆在老年代中占据了空间，而且Full GC时要回收大量的短时间存活的对象，导致Full GC速度缓慢。
如果发现，在task执行期间，大量full gc发生了，那么说明，年轻代的Eden区域，给的空间不够大。此时可以执行一些操作来优化垃圾回收行为：
1、包括降低spark.storage.memoryFraction的比例，给年轻代更多的空间，来存放短时间存活的对象；
2、给Eden区域分配更大的空间，使用-Xmn即可，通常建议给Eden区域，预计大小的4/3；
3、如果使用的是HDFS文件，那么很好估计Eden区域大小，如果每个executor有4个task，然后每个hdfs压缩块解压缩后大小是3倍，此外每个hdfs块的大小是128M，那么Eden区域的预计大小就是：4 * 3 * 128MB，然后呢，再通过-Xmn参数，将Eden区域大小设置为4 * 3 * 128 * 4/3。

总结

对于垃圾回收的调优，尽量就是说，调节executor内存的比例就可以了。因为jvm的调优是非常复杂和敏感的。除非是，真的到了万不得已的地方，然后呢，自己本身又对jvm相关的技术很了解，那么此时进行eden区域的调节，调优，是可以的。
一些高级的参数
-XX:SurvivorRatio=4：如果值为4，那么就是两个Survivor跟Eden的比例是2:4，也就是说每个Survivor占据的年轻代的比例是1/6，所以，你其实也可以尝试调大Survivor区域的大小。
-XX:NewRatio=4：调节新生代和老年代的比例