阿里架构师总结笔记——Java虚拟机调优的原理及技巧（建议收藏）
一、相关概念
1. 基本回收算法
①. 引用计数（Reference Counting）：比较古老的回收算法。原理是此对象有一个引用，即增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时，只用收集计数为0的对象。此算法最致命的是j ` x f无法处理循环引用的问题。
②. 标记-清除（Mark-Sweep）：此算法执行分两阶段。第一阶段u i / ^ z + | ^ m从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存Z y y碎片。
③. 复制（Copying）：此算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复h @ 4 4制到另外一个区域中。次算法每次只处理正在使用中的对象，因此复制成本比较7 e C / R V w q I 分代垃圾回收详述
如上图所示，为Java堆中的各代分布。
①. Young（年轻代）：V l % 4 (年轻代分三个区。一个EN V } Rden区，两个Survivor区。大部分对象在Eden区中生成。当U C C Q l 6 A dEden区满时，还存活的对象将被复制到Survivor区（两个中的一个），当这个Survivor区满时，P g f g $ E v g此区的存活对象将被复制到另外一个Survivor区，当这个Survivor去也满了的时候，从第一个Survivor区复制过来的并且此时还a g : f D ) :存活的对象，将被复制“年老区(Tenured)”。需要注意，Survivor的两个区是对称的，没先后关系，所以同一个区中可能同时存在从Eden复制过来对象，和从^ Y / , A c前一个Survivor复制过来的对象，而复制到年老区的只有从第一个Survivor去过来的对象。而且，Survivor区总有一个是空的。
②. Tenured（年老代）：年老代存放从年轻代存活的对象。一般来说年老代存放的都是生命期较长的对象。
③. P} 2 a F ? Qerm（持久代）：用于存放静态文件，如今Java类、方法等。持久代对垃圾- % N % 9 1 , ?回收没有显著影响，但是有些应用可能动态生成或者调用一些class，例如Hibers 4 y R s 3 _nate等，在这种时候需要设置一个比较大的持久代空间来存放这些运行过程中新增的类。持久代大小通过-XX:MaxPermSize=&: G a zlt;N>进行设置。
3. GC类型
GC有两种类型：Scavenge GC和: n v A L p T S 4Full GC。
①. Scavenge# i k S P j ! GC
一般情况下，当新对象生成，并且在Eden申请空间失败时( _ R n s @ @ X n，就好触发Scavenge GC，对Eden区域进行GC，清除非存活对象，并且把尚且存活的对象移动到Survivor区。然后整理Survivor的两个区。
②. Full GC
对整个堆进行整理，包括Young、TD ! v 1 $ e Cenured和Perm。Full GC比Scavenge GC要慢，因此应该尽可能减少Full GC。有如下原因可能导致Full GC：
- Tenured被写满
- Perm域被写满
- System.gI W | Y 2 9 Q %c()被显示调用
- 上一次GC之后o L U k YHeap的各域分配x F Q . h / # R策略动态变化
分代垃圾回收过程演示
二、垃圾回收器
目前的收集器主W } L X E y q要有三种：串行收集器、并行收集器、并发收集器。
①. 串行收集器
使用单线T z P 6程处理所有垃圾回收工作，因为无需多线程交互，所以效率比较高。但是，也无法使用多处理器的优势，所以此收集器适合单处理器机器。当然，此收集器也可以用在小数据量（100M左右- | r）情况下的多处理器机器上. c )。可以使用-XX:+UseSerialGC打# a V t s } i {开。% 4 ; z 7 v
②. 并行收集器
③.
- 对年轻代进行并行垃圾回收，因此可以减少垃圾回收时间。一般在多线程多处理器机器上使用。使用-XX:+UseParallelGC.打开。并行收集器在J2SE5.0第六6更新上引入，在Java SE6.0中进行了增强--可以堆年老代进行并W x x X行收集。如果年老代不使用并发收集的话，是使用单线程进行垃圾回收，因此会制约扩展能力。X Y d {使用-XX:+UseParaD X @ ( @ W +llelOldx k 0 GGC打开。
- 使用-XX:ParallelGCThreads=<N>设置2 p & n T c L d并行垃圾回收的线程数。此值可以设置与机器处理器数量相等。
- 此收集器可以进n : y A . ; ^ * J行如下配置：
- 最大垃圾回收暂停:指定垃圾回收时的最长暂停时间，通过-XX:MaxGCPauseMillis=<4 O 8 ^ ` h *N>指定。<N>为毫秒.如果指定了此值的话，堆大小和垃圾回收相关参数会进N i g g V M !行调整以达到指定值。设定此值可能会减m X ] . , V G少应用的吞吐量。
- 吞{ } L T 2 X & 3 Z吐量:吞吐量为垃圾回收时间与非垃圾回收时间的比值，通过-XX:GCTimeRatio=<N>来设定，公式为1/（1+N）。例如，-XX:GCTimeRatio=19时，表示5%的时间用于垃圾回收。默认情况为99，即1%的时间用于垃圾回收。
- 并发收集器可以保证大部分工作都并发进行] ( U N（应用不停止] N y f ( l E #），垃圾回收只暂停很少的I 1 ;时间，此收集器适合对响应时间要求比较高的中、大规模应用。使用-XX:+UseConcMarkSweepGC打S U U =开。
- 并发收集器主要减少年老代的暂停时间，他在应用不停止的情况下使用独立的垃圾回收线程0 2 F Q 1 i，跟踪可达对象。在每个年老代垃圾回收周期中，在收/ T 6 2 g c f集初期并发收集器会对整个应用进行简短的暂停，在收集中还会再暂停一次。第二` w D _ T次暂停会比第一次稍长，在此过程中多个线程同时进行垃圾回收工作。
- 并发收集器# s t ~ l O I V :使用处理器换来短暂的停顿时间。在一个N个处理器的系统上，并发收集部分使用K/N个可用处理器进行回收，一般情O L e X = x B况下1<=K<=N/4。
- 在只有一个处理器的主机上使用并发收集器，设置为incremental mode模式也可获得较短的停顿时间。
- 浮动垃圾：由于在应用运行的同# H T J p = / x时进行垃圾回收，所以有些垃圾可能在垃圾回收进行完成时产生，这样就造成了“Floatin+ _ @ 3 % b ) U Dg Garbage”，这些垃1 K / I d (圾需要在下次垃圾回收周期时才能回收掉。所以，并发收集器一般需要20%! a ) $的预留空间用于这I q d z D些浮动垃圾。
- Concurrent Mode Failure：并发收集器在应用运行时进行收集，所以需要保证堆在垃圾回收的这段时间有足够的空间供程序使用，否则，垃圾回y L A 2 4 E ] K $收还未完成，堆空间先满了。这种情况下将会发生“并发模式失败”O ! Q，此时整个应用将会暂停，进行垃圾回收。
- 启动并发收集器：因为并发收集在应用运行v j M ] . # 7 e时进行收集，所以必须保证收集完成之前有足够的内存空间供程序使用，否则会出现= . J 6 y“Concurrent Mode Failure”。通过设置-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=<N>指定还有多少剩M / J : % p 4 2 `余堆时开始执行并发收集
- 小结
串行处理器：
- 适用情况：数据量比较小（100M左右）；单处理器下并且对响应时间无要求的应用。
- 缺点：只能用于小型应用
并行处理器：
- 适用情况L ( r -：“对吞吐量有高要求”，多CPU| d H |、对应用响应时间无要求的中、大型( ] 9应用。举例：后台处理、科学计算。| 3 T G v B 478m。
典型设置：
java -Xmx3550m -P M , ( K mXms3550m -Xmn2g -Xss128k
- -Xmx35z . u v ~ , * O50m：设置2 ~ % # OJVM最大可用内存为3550M。
- -Xms3550m：设置JVM促使内存为3550m。此值可以设置与-Xmx相同，以避免每次垃圾回收完成后JVM重新分配内存。
- -Xmn2g：设置年轻代大小为2G。整个堆大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小。持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响L f i F较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。
- -Xss128k：设置每个线程的堆栈大小。JDK5.} C z ~ 6 K D r0以后每个线程堆栈大小为1M，以前每个线程堆栈大小为256K。更具应用的线程所需内存大小进行` T , U @ S W T调整。在相同物理内存下，减小这个值能生成更多的线程。但是操Z k @作系统对一个进程内的线程数还是有限制的，不能无限生成，经验值在3000~5000左右。
java -Xmx3550m -Xms3550m -Xss128k -XX:NewRatio=4 -XX:SurvivorRatio=4 -XX:MaxPermSize=16m -XX:MaxTenuringThreshold=0
- -XX:NewRatio=4:设置年轻代（包% l r + } 3 ( S }括Eden和两个Survivor区）与年老代的比值（除去持久代） z bVM给了三种选择：串行收集器、并行收集器、并发收集器，但是串行收集器只适用于小数据量的情况，所以这里的选择主要针对并行收集器和并发收集器。默认情况下，JDK5.0以前都是使用串| + ~ ) ~行收集器，如果想使用) 9 O E 7 w其他收集器需要在启动时加入相应参数。JDK5.0以后，JVM会根据当前系统配置进行判断。
①. 吞吐量优先的并行收集器
如上文所述，并行收集器主N X ! Q &要以到达一定的吞吐量为目标，适用于科学技术和后台处理等。. f 8 i W k S J
典型配置：
java -Xmx3800m -Xms3800m -Xmn2g -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:Pl g T x H Yarab T V & ?llelGCThrd | meadi ` F ; V X I M @s=20
- -XX:+UseParallelGC：选择垃圾收集器为并行收集器。此配置仅对年轻代有效。即上述配置下，年轻y R v L : T n代使用并发收集，M o h k而年老代仍旧使用串行收集。
- -XX:ParallelGCThreads=8 ? q j20：配置并行收集器n R V 0 p的线程数，即：同时多少个线程一起进行垃圾回收。此值最好配v T - S @ W ?置与处理器数目相等。
java -Xmx3550m -Xms35: I t50m -Xmn2gd d c 0 | -Xss128k -XX:+UseParallelGC -XX:ParallelGCThreads=20 -XX:+UseParallelOldGC
- -XX:+UseParallelOldGC：配置年老代垃圾收集方式为并行收集。JDKZ ; H g ~ R : l O6.0支持对年老代并行收集。
javi | N & | ;a -Xmx3550m -Xms3550m -Xmn2g -Xss1U D e ^28k -XX:+UseParallelGC -XX:MaxGCPau 0 q v ractAtFullCollection：打开对年老代的压缩。可能会影响性能，但是可以消除碎片
3. 辅助信息
JVM提供了大量命令行参数，打印信息，供调试使用。主d ? ^ ] Z w &要有以下一些：
-XX:+PrintGC
输出形式：7 ? N | U N z
-XX:+PrintGCDetails
输出形式：[GC 118250K->1135x W c ^ M43K(130112K), 0.0124633 secs]
[GC 121: G % x376K->10414K(130112K), 0.w c v | n W U-XX:O = V 2 ;+PrintGCTimeStad ; B v R {mps -XX:+PrintGC：PrintGCTimeStamps可与上面两个混合使用
输出形式：11.851:-XX:+PrintGCApplicatie + c { y &onConcur, A J m h : FrenG n g VtTime:打印每次垃圾回收前，程序未中断的执行时间。可与上面混合使用
输出形式：Application time: 0.5291524 seconde l i V A s-XX:+PrinK x | e F , @ ( _tGCApplicationStoppedTime：打印垃圾回收期间程序暂停的时间。可与上面混合使用
输出形式：Total time for which| C 0 | Y application threads werN E o Z O .e stopped: 0.046` { o K8229 seconds-XX:PrintHeapAtGC:打印GC[ / u H i y o H：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5
- -XX:Max q p C ~ XPermSize=n:设置b U $ 4持久代大小
②. 收集器设置
- -XX:+UseSerialGC:设置串行收集器
- -XX:+UseParallelGC:设f l S J f置并行收集器
- -XX:+UseParallb U + A /edlO J p l D HldGC:设置并行年老代收集器
- -XX:+Us% N ,eConcMar7 k c | L E 6kSweej # d = & I fpGC:设置并发收集器
③. 垃圾回收统计信息
- -XX:+PrintGC
- -XX:+PrintGCDetails
- -$ P c - }XX:+PrintGCTimeStamps
- -Xloggc:filename
④. 并行收集器设置
- -XX:Paral# L Q ^ a W !lelGCThreads=n:设置并行收集器收集M ! y时使用的CPU数。7 ; I e `并行收集线程数。
- -XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最A M @大暂停时间
- -XX:G7 V ;CTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)
⑤. 并发收集器设置
- -XX:+CMSIncrementa9 j tlMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。
- -XX:R } pParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集q & O A 7 + _ o t方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集S U v ? ~线程数。
⑥. JAVA_OPTS=Z { M\"-verbose:gc -Xloggc:gc.log
- -XX:+PrintGCDetails
- -XX:+PrintG4 g # 7 E Q oCTimeStamps
- -XX:+PrintGCApp @ } 6 6 = } , AplicationStoppedTiy G N _ s ` h vme
- -XX:+PrintHeapAtGC
- -XX:+PrintTenuringDistribution- . 1 N c 7 s -Xss1m -Xms1024m -Xmx1024m
- -XX:Perm~ P N 2 = = :Size=64m
- -XX:MaxPermSize=64m
- -XX:NewSize=256m
- -XX:MaxNewSize=256m
- -XF P 5 }X:+DisableExplicitGC
- -XX:+UseParNewGC
- -XX:+UseConcMarkSweepGC
- -XX:+CMSParallelRemarkEnabled
- -XX:+UseFastAccessorMethods
- -XX:LargePageSizeInBytes=128m
- -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
- -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly* | ; ? p v v 6
- -XX:CMSInitiatingG x g f q 3 7OccupancyFraction=70\"
四、调优总结
1. 年轻代大小选择
- 响应时间优先的应用：尽J + I y % / S 8 ^可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择v c : b j O X）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的5 l u 4 N F .对象。
- 吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，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v a y g f # / +行，一般适合8CPU以上的应用。
2. 年老代大小选择
①. 响应时间优先的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小H d y d h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，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方3 1 ~ X式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优r Q y O + } % ;化的方案，一般需要I I c参考以下数据获得：
- 并发垃圾收集信息
- 持久代并发收集次数
- 传统GC信息
- 花在年轻代和年老代回收上的时间比例
减少年轻代和年老代花费的时间，一l 2 =般会提高应用的效率K @ ! i ! & & )
②. 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年轻代和一个较小的年老代。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，而年老代尽存放长期存活对象。
3. 较小堆引起的碎片问题
因为年老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，他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J 9 7 o ! L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:+UseZ ` {CMSCompactAtFullCollection：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4 j @ k 下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩
写在最后：
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