JVM Garbage Collection Performance Tuning

文章部分内容转载自：布衣寒舍 http://blog.buyihanshe.com/tag/garbage-collection 

GC的性能调整实在是一个很高深的问题，不仅需要对GC技术广度的了解，更需要深度的理解。我本人也仅仅实践过屈指可数的几次，如果要我来说一些指导性的方案的话，也只怕是误人子弟。作此文章，权当是对自己所了解到的GC性能调整的总结，一方面做备忘之用，一方面作为需要之人的参考。

首先要说的是大部分情况下并不需要去做GC调整，除非出现内存溢出导致应用程序崩溃，或者应用程序由于GC暂停时间太长导致不好的用户体验，或者有其他的性能要求。

要进行性能调整，不妨先了解一下几个衡量GC性能的标准：

• Throughput：吞吐量，非GC时间（近似于应用程序执行时间）占总时间的比例，吞吐量越高说明花费在GC上的时间越少，系统的使用的效率越高；
• Garbage collection overahead：GC开销，GC时间占总时间比例，和吞吐量互补；
• Pause time：暂停时间，在GC时应用程序暂停执行的时间；
• Frequency of collection：GC频率；
• Footprint：这个概念我还没完全理解，官方说是“a measure of size, such as heap size.” 我的理解是，GC时所要遍历的内存空间的大小。footprint越小一定程度上说明GC性能越高；
• Promptness：灵敏度，表示从对象成为垃圾到该对象占用的内存被释放之间的时间，灵敏度越高（时间间隔越小）说明垃圾能够尽早的被收集，但同时也可能GC频率越高，需要权衡考虑。

满足一定的标准是我们做GC调整的最终目标，可以看出前3个测量标准是一致的，都属于GC暂停时间一类，这也是大部分GC调整所关心的测量标准。

为了能够观察到GC的执行情况，可以使用下面Java options

• -Xloggc:log/gc.log 打印GC信息到指定文件
• -XX:+PrintGCDetails 打印更详细的GC信息
• -XX:+PrintGCTimeStamps 打印GC时间戳，相对于应用程序启动的时间。

 

堆内存优化：

调整JVM启动参数-Xms  -Xmx   -XX:newSize -XX:MaxNewSize，如调整初始堆内存和最大对内存 -Xms256M -Xmx512M。 或者调整初始New Generation的初始内存和最大内存 -XX:newSize=128M -XX:MaxNewSize=128M。

永久区内存优化：

调整PermSize参数   如  -XX:PermSize=256M -XX:MaxPermSize=512M。

栈内存优化：

调整每个线程的栈内存容量  如  -Xss2048K
最终，一个运行中的JVM所占的内存= 堆内存  +  永久区内存  +  所有线程所占的栈内存总和 。

 

 

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JVM 优化：

 下面介绍如何控制这些域的大小。可使用-Xms和-Xmx 控制整个堆的原始大小或最大值。

    把初始大小设置为128M：
    java –Xms128m
    –Xmx256m为控制新域的大小，可使用-XX：NewRatio设置新域在堆中所占的比例。

    把整个堆设置成128m，新域比率设置成3，即新域与旧域比例为1：3，新域为堆的1/4或32M：
    java –Xms128m –Xmx128m–XX：NewRatio =3可使用-XX：NewSize和-XX：MaxNewsize设置新域的初始值和最大值。
 
    把新域的初始值和最大值设置成64m：
    java –Xms256m –Xmx256m –Xmn64m

    永久域默认大小为4m.运行程序时，jvm会调整永久域的大小以满足需要。每次调整时，jvm会对堆进行一次完全的垃圾收集。
    使用-XX：MaxPerSize标志来增加永久域搭大小。在WebLogic Server应用程序加载较多类时，经常需要增加永久域的最大值。
 当jvm加载类时，永久域中的对象急剧增加，从而使jvm不断调整永久域大小。为了避免调整，可使用-XX：PerSize标志设置初始值。
    下面把永久域初始值设置成32m，最大值设置成64m.
    java -Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX：PermSize=32m -XX：MaxPermSize=64m

    默认状态下，HotSpot在新域中使用复制收集器。该域一般分为三个部分。
 第一部分为Eden，用于生成新的对象。另两部分称为救助空间，当Eden充满时，收集器停止应用程序，把所有可到达对象复制到当前的from救助空间，一旦当前的from救助空间充满，
 收集器则把可到达对象复制到当前的to救助空间。From和to救助空间互换角色。维持活动的对象将在救助空间不断复制，直到它们获得使用期并转入旧域。
 使用-XX：SurvivorRatio可控制新域子空间的大小。

    同NewRation一样，SurvivorRation规定某救助域与Eden空间的比值。比如，以下命令把新域设置成64m，Eden占32m，每个救助域各占16m：
    java -Xms256m -Xmx256m -Xmn64m -XX：SurvivorRation =2
    如前所述，默认状态下HotSpot对新域使用复制收集器，对旧域使用标记－清除－压缩收集器。
 在新域中使用复制收集器有很多意义，因为应用程序生成的大部分对象是短寿命的。
 理想状态下，所有过渡对象在移出Eden空间时将被收集。如果能够这样的话，并且移出Eden空间的对象是长寿命的，那么理论上可以立即把它们移进旧域，避免在救助空间反复复制。
 但是，应用程序不能适合这种理想状态，因为它们有一小部分中长寿命的对象。最好是保持这些中长寿命的对象并放在新域中，因为复制小部分的对象总比压缩旧域廉价。
 为控制新域中对象的复制，可用-XX：TargetSurvivorRatio控制救助空间的比例（该值是设置救助空间的使用比例。如救助空间位1M，该值50表示可用500K）。
 该值是一个百分比，默认值是50.当较大的堆栈使用较低的sruvivorratio时，应增加该值到80至90，以更好利用救助空间。用-XX：maxtenuring threshold可控制上限。

 为放置所有的复制全部发生以及希望对象从eden扩展到旧域，可以把MaxTenuring Threshold设置成0.设置完成后，实际上就不再使用救助空间了，因此应把SurvivorRatio设成最大值以最大化Eden空间，设置如下：
    java … -XX：MaxTenuringThreshold=0 –XX：SurvivorRatio＝50000 …

 

    1、分代复制收集器
    它与默认的分代收集器工作策略类似。对象在新域中分配，即JRockit文档中的nursery.这种收集器最适合单cpu机上小型堆操作。
    2、单空间并发收集器
    该收集器使用完整堆，并与背景线程共同工作。尽管这种收集器可以消除中断，但是收集器需花费较长的时间寻找死对象，而且处理应用程序时收集器经常运行。
 如果处理器不能应付应用程序产生的垃圾，它会中断应用程序并关闭收集。
    分代并发收集器 这种收集器在护理域使用排它复制收集器，在旧域中则使用并发收集器。
 由于它比单空间共同发生收集器中断频繁，因此它需要较少的内存，应用程序的运行效率也较高，注意，过小的护理域可以导致大量的临时对象被扩展到旧域中。
 这会造成收集器超负荷运作，甚至采用排它性工作方式完成收集。
    3、并行收集器
    该收集器也停止其他进程的工作，但使用多线程以加速收集进程。尽管它比其他的收集器易于引起长时间的中断，但一般能更好的利用内存，程序效率也较高。
    默认状态下，JRockit使用分代并发收集器。要改变收集器，可使用-Xgc：，对应四个收集器分别为gencopy，singlecon，gencon以及parallel.可使用-Xms和-Xmx设置堆的初始大小和最大值。
 要设置护理域，则使用-Xns：java –jrockit –Xms512m –Xmx512m –Xgc：gencon –Xns128m…
 尽管JRockit支持-verbose：gc开关，但它输出的信息会因收集器的不同而异。JRockit还支持memory、load和codegen的输出。
    注意 ：如果 使用JRockit JVM的话还可以使用WLS自带的console（C：\bea\jrockit81sp1_141_03\bin下）来监控一些数据，
 如cpu，memery等。要想能构监控必须在启动服务时startWeblogic.cmd中加入－Xmanagement参数。

    4、如何从JVM中获取信息来进行调整
    -verbose.gc开关可显示gc的操作内容。打开它，可以显示最忙和最空闲收集行为发生的时间、收集前后的内存大小、收集需要的时间等。
 打开-xx：+ printgcdetails开关，可以详细了解gc中的变化。
 打开-XX： + PrintGCTimeStamps开关，可以了解这些垃圾收集发生的时间，自jvm启动以后以秒计量。
 最后，通过-xx： + PrintHeapAtGC开关了解堆的更详细的信息。
 为了了解新域的情况，可以通过-XX：=PrintTenuringDistribution开关了解获得使用期的对象权。

    6.Pdm系统JVM调整
    6.1.服务器：前提内存1G 单CPU
    可通过如下参数进行调整：－server 启用服务器模式（如果CPU多，服务器机建议使用此项）
    －Xms，－Xmx一般设为同样大小。 800m
    －Xmn 是将NewSize与MaxNewSize设为一致。320m
    －XX：PerSize 64m
    －XX：NewSize 320m 此值设大可调大新对象区，减少Full GC次数
    －XX：MaxNewSize 320m
    －XX：NewRato NewSize设了可不设。4
    －XX： SurvivorRatio 4
    －XX：userParNewGC 可用来设置并行收集
    －XX：ParallelGCThreads 可用来增加并行度 4
    －XXUseParallelGC 设置后可以使用并行清除收集器
    －XX：UseAdaptiveSizePolicy 与上面一个联合使用效果更好，利用它可以自动优化新域大小以及救助空间比值

    6.2.客户机：通过在JNLP文件中设置参数来调整客户端JVM
    JNLP中参数：initial-heap-size和max-heap-size
    这可以在framework的RequestManager中生成JNLP文件时加入上述参数，但是这些值是要求根据客户机的硬件状态变化的（如客户机的内存大小等）。
 建议这两个参数值设为客户机可用内存的60％（有待测试）。为了在动态生成JNLP时以上两个参数值能够随客户机不同而不同，可靠虑获得客户机系统信息并将这些嵌到首页index.jsp中作为连接请求的参数。
    在设置了上述参数后可以通过Visualgc 来观察垃圾回收的一些参数状态，再做相应的调整来改善性能。一般的标准是减少fullgc的次数，最好硬件支持使用并行垃圾回收（要求多CPU）。