探秘Java虚拟机——内存管理与垃圾回收（补充说明）

说明：以下大部分文字均摘自网络上的某些“童鞋”的优秀文章。

一、对于GC的性能其实主要考虑以下两个方面：

     1、吞吐率throughput【工作时间（不包括GC的时间）占总运行的时间比】

     2、暂停pause（GC发生时应用程序无法响应用户的请求）

二、对于GC的性能可以从以下方面考虑：

1、整个堆空间

对于Server端的应用程序，有以下最佳实践：

     1）对于JVM分配尽可能多的内存空间。

     2）固定堆空间的大小，将Xms和Xmx设为一样的值。如果让JVM自行控制堆空间大小的话，虚拟机启动时分配的堆空间比较小，如果在程序运行过程中还需要初始化很多对象，虚拟

机就必须重复地增加内存，造成GC频率的增加。

     3）横向增加服务器的数量，为程序服务的JVM内存总量也随着增大。

2、新生代

      从整体上看，新生代越大，minor GC就会越少。但由于我们一般是固定的堆内存空间，因此更大的新生代也就意味着更小的老生代，更小的老生代会带来更多的Full GC(Full GC会伴随

有minor GC)。

      参数NewRatio反映的是新生代和老生代的大小比例。NewSize和MaxNewSize反映的是新生代空间的下限和上限，将这两个值设为一样就固定了新生代的大小（或者直接通过指定

Xms、Xmx和Xmn的大小来固定新生代的大小）。SurvivorRatio可以指定survivor区的大小，SurvivorRatio是eden区和survior区的大小比例。

      一般而言，server端的app会有以下最佳实践：

      1）首先固定heap空间的大小，然后设定最佳的新生代空间的大小；

      2）如果堆空间固定后，增加新生代的大小就意味着减小老生代的大小。因此在调节时应特别留意，让老生代至少能够保留10%-20%的空余空间，并能够容纳所有live的对象。

三、最佳实践：

      1）年轻代大小的选择

      响应时间优先的应用：尽可能增大新生代的大小，直到接近系统的最低响应时间限制(根据实际情况选择)。在此种情况下，新生代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代

的对象，从而减少Full GC的发生几率。

      吞吐量优先的应用：尽可能增大新生代的大小，可能到达Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合8CPU以上的应用系统。

      避免设置过小：当新生代设置过小时会导致：1、minor GC的次数更加频繁    2、可能导致minor GC对象直接进入老生代，如果此时老生代满了,会触发Full GC.

      2）年老代大小选择

      响应时间优先的应用：老生代使用并发收集器（CMS GC），所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了,可以会形成内存碎片，高

回收频率以及应用暂停。而使用传统的标记清除方式，如果堆设置大了,则需要较长的收集时间。最优化的方案,一般需要参考以下数据获得：并发垃圾收集信息、永久代并发收集次数、传

统GC信息、花在新生代和老生代回收上的时间比例。

      吞吐量优先的应用：一般吞吐量优先的应用都有一个很大的新生代和一个较小的老生代。原因是这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而老生代尽存放长期存活对象。

     3）其他

     较小堆引起的碎片问题：因为老生代的并发收集器使用标记清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，它会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当

堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现"碎片"，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记清除方式进行回收。如果出现"碎片"，可能需要

进行如下配置：

     -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection：使用并发收集器时,开启对年老代的压缩。

    -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0：上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后,对年老代进行压缩。

     用64位操作系统。Linux下64位的jdk比32位jdk要慢一些，但是吃得内存更多，吞吐量更大。

     XMX和XMS设置一样大，MaxPermSize和MinPermSize设置一样大，这样可以减轻伸缩堆大小带来的压力 。

     使用CMS GC的好处是用尽量少的新生代，经验值是128M－256M， 然后老生代利用CMS并行收集， 这样能保证系统低延迟的吞吐效率。 实际上CMS GC的收集停顿时间非常的短，

2G的内存大约20－80ms的应用程序停顿时间。

     减少程序停顿时间：系统停顿的时间可能是GC的问题也可能是程序的问题，多用jmap和jstack查看或者killall -3 java，然后查看java控制台日志，能看出很多问题。有一次，网站突然

很慢，利用jstack一看，原来是自己写的URLConnection连接太多没有释放造成的。

     程序应用缓存的问题：如果程序应用了缓存，那么老生代应该设置的大一些，缓存的HashMap不应该无限制增长，建议采用LRU算法的Map做缓存，LRU Map（例如Jakarta

Commons中提供的org.apache.commons.collections.map.LRUMap）的最大长度也要根据实际情况设定。

     采用并发回收时，新生代小一点，老生代要大，因为老生代用的是并发回收，即使时间长点也不会影响其他程序继续运行，网站不会停顿。

     JVM 参数的设置(特别是 �CXmx �CXms �CXmn -XX:SurvivorRatio  -XX:MaxTenuringThreshold等参数的设置没有一个固定的公式，需要根据PV、老生代实际数据、新生代GC次数等

多方面来衡量。为了避免promotion faild，可能会导致xmn设置偏小，也意味着新生代GC的次数会增多，处理并发访问的能力下降等问题。每个参数的调整都需要经过详细的性能测试，

才能找到特定应用的最佳配置。

     打印GC日志：调试的时候设置一些打印参数，如-XX:+PrintClassHistogram -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:log/gc.log，这样可

以从gc.log里看出一些问题出来。

      4）promotion failed（晋升失败）：第一个原因是担保空间不够，担保空间里的对象还不应该被移动到老生代，但新生代又有很多对象需要放入担保空间；第二个原因是老生代没有足够的空间接纳来自新生代的对象；这两种情况都会转向Full GC，网站停顿时间较长。

     解决方方案一：

     第一个原因我的最终解决办法是去掉担保空间，设置-XX:SurvivorRatio=65536 -XX:MaxTenuringThreshold=0即可，第二个原因我的解决办法是设置

CMSInitiatingOccupancyFraction为某个值（假设70），这样老生代空间到70%时就开始执行CMS，老生代有足够的空间接纳来自新生代的对象。

     方案一的改进方案：

     方案一中没有用到担保空间，所以老生代容易满，CMS执行会比较频繁。我改善了一下，还是用担保空间，但是把担保空间加大，这样也不会有promotion failed。具体操作上，32位Linux和64位Linux好像不一样，64位系统似乎只要配置MaxTenuringThreshold参数，CMS还是有暂停。为了解决暂停问题和promotion failed问题，最后我设置-

XX:SurvivorRatio=1 ，并把MaxTenuringThreshold去掉，这样即没有暂停又不会有promotoin failed，而且更重要的是，老生代和永久代上升非常慢（因为好多对象到不了年老代就

被回收了），所以CMS执行频率非常低，好几个小时才执行一次，这样，服务器都不用重启了。

      -Xmx4000M -Xms4000M -Xmn600M -XX:PermSize=500M -XX:MaxPermSize=500M -Xss256K -XX:+DisableExplicitGC -XX:SurvivorRatio=1

-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -XX:+CMSParallelRemarkEnabled -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0

-XX:+CMSClassUnloadingEnabled -XX:LargePageSizeInBytes=128M -XX:+UseFastAccessorMethods -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=80 -XX:SoftRefLRUPolicyMSPerMB=0 -XX:+PrintClassHistogram -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps

-XX:+PrintHeapAtGC -Xloggc:log/gc.log

      5）CMSInitiatingOccupancyFraction值与Xmn的关系公式

     上面介绍了promontion faild产生的原因是Eden空间不足的情况下将Eden与From survivor中的存活对象存入To survivor区时，To survivor区的空间不足，再次晋升到old gen区，

而old gen区内存也不够的情况下产生了promontion faild从而导致full gc。那可以推断出：eden+from survivor < old gen区剩余内存时，不会出现promontion faild的情况，即：

(Xmx-Xmn)*(1-CMSInitiatingOccupancyFraction/100)>=[Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)]  进而推断出：

CMSInitiatingOccupancyFraction &lt;={(Xmx-Xmn)-[Xmn-Xmn/(SurvivorRatior+2)]}/(Xmx-Xmn)*100

     例如：

     当Xmx=128 Xmn=36 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction&lt;=((128.0-36)-(36-36/(1+2)))/(128-36)*100 =73.913

     当Xmx=128 Xmn=24 SurvivorRatior=1时 CMSInitiatingOccupancyFraction&lt;=((128.0-24)-(24-24/(1+2)))/(128-24)*100=84.615…

     当Xmx=3000 Xmn=600 SurvivorRatior=1时  CMSInitiatingOccupancyFraction&lt;=((3000.0-600)-(600-600/(1+2)))/(3000-600)*100=83.33

     当CMSInitiatingOccupancyFraction低于70% 需要调整Xmn或SurvivorRatior值。

 四、内存泄露的分析

      HPjmeter是一个GC的图形化分析工具,由上图可以看出GC始终无法回收heap内存空间，以使heap内存空间的使用量持续升高，明显存在内存泄露的可能性。定位内存泄露，可以生

成dump文件，并利用MAT进行分析，查找原因。

     内存分析工具：

     详细信息可参考文章http://qa.taobao.com/?p=14264。

     JVM内存状况查看方案及工具：http://www.51testing.com/html/58/n-237858.html

     使用 Eclipse Memory Analyzer 进行堆转储文件分析：http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-ecl-ma/index.html?ca=drs-

     参考文献：

    1、JVM系列三:JVM参数设置、分析         http://www.cnblogs.com/redcreen/archive/2011/05/04/2037057.html 

    2、一个典型的OutOfMemory分析过程        http://hbase.iteye.com/blog/1356450

    3、使用MAT分析内存泄露       http://qa.taobao.com/?p=14264

    4、JVM内存状况查看方法和分析工具      http://www.51testing.com/html/58/n-237858.html

    5、使用 Eclipse Memory Analyzer 进行堆转储文件分析：http://www.ibm.com/developerworks/cn/opensource/os-cn-ecl-ma/index.html?ca=drs-