关于jvm调优:G1垃圾回收器在并发场景调优

一、序言

目前企业级支流应用的 Java 版本是 8，垃圾回收器反对手动批改为 G1，G1 垃圾回收器 是 Java 11 的默认设置，因而 G1 垃圾回收器能够用很长时间，现阶段垃圾回收器优化意味着针对 G1 垃圾回收器优化。

为了简化探讨，上面假如针对 4C/16G 物理机器进行优化。

二、G1 概览

（一）理解 G1

1、最大堆大小

G1 治理的最大堆大小为 64G。每个 Region 的大小通过 -XX:G1HeapRegionSize 来设置，大小为1~32MB，默认最多能够有 2048 个 Region，G1 能治理的最大堆内存是32MB*2048=64G。

应用 G1 垃圾回收器最小堆内存应为1MB*2048=2GB，低于此值倡议应用其它垃圾回收器。

2、Region 大小

Region 大小为1~32MB，具体取值有 1MB、2MB、4MB、8MB、16MB、32MB，Region 大小优化与大对象无关，当对象占用内存超过 Region 的一半时将被视为大对象。

被标记为大对象将不利于垃圾回收。

3、获取默认值

查看本地 JVM 特地是 G1 垃圾回收器以后的默认值。

java -XX:+PrintFlagsInitial  >> ~/1.txt

（二）三种 GC 模式

G1 垃圾回收器有两种垃圾回收模式，新生代回收 和混合回收，非凡状况下会切换到Full GC。

1、新生代回收

新生代回收在最大进展工夫内，会解决所有 Eden 区的垃圾。具体操作是将 Eden 区所有存活的对象复制到 Survivor 区，同时清空 Eden 区。

新生代回收随同着利用 暂停 ，最长进展工夫不超过 最大进展工夫，新生代回收只管有暂停机制，思考到并行回收的个性，回收逻辑绝对简略，回收效率仍然较高。一般而言，新生代回收理论耗时通常低于最大进展工夫。

新生代回收触发机会是新创建的对象在 Eden 区找不到足够的存储空间。

2、混合回收

混合回收随同着新生代回收和老年代回收，在最大进展工夫范畴内，会解决大部分 Eden 区的垃圾和一部分老年代垃圾。

老年代回收毫无疑问会随同着利用暂停。混合回收操作比较复杂，绝对新生代回收来说，单位工夫回收的垃圾数要少，回收效率要低。一般而言，混合回收的理论耗时通常靠近或者等于最大进展工夫。

混合回收触发机会是由参数 InitiatingHeapOccupancyPercent 管制，默认值为 45，含意是老年代占用空间大小与堆的总大小比值超过此数便会触发混合回收。

默认值 45% 是比拟正当的，不倡议所谓的调优。老年代回收策略同样是将选定 Region 区内存活的对象复制到闲暇 Region 区，混合回收随同着回收新生代垃圾可能清理出更大的闲暇 Region 区来寄存老年区存活对象，保障回收过程可能失常进行。

老年区存活对象个别较多，对象在内存中复制耗时较长，因而相对来说混合回收效率较低。

3、Full GC

Full GC 是所有 G1 垃圾回收调优者尽力回避的状况，单线程回收垃圾，回收对象是整个堆，不再受最长进展工夫束缚，一旦呈现此状况，意味着利用的响应工夫有情的变长。

当利用不定期进入 Full GC 状态时，与其任由其单线程重塑堆内存，不如采纳冗余策略，在流量低谷时刻，逐个重启利用，被动重塑堆内存空间。

流量高峰期呈现 Full GC 景象及其应答策略前面再探讨。

（三）默认参数

1、堆内存

2、新生代内存回收

3、混合回收

三、垃圾在堆中流转

垃圾回收器调优的要害是尽可能减少 Mixed GC 的频率，换句话说尽可能减少垃圾流转到 老年代 。GC 调优便是意识垃圾在堆中的流转法则，从而对流向老年代的垃圾予以提前干预，使之尽可能留在 新生代。

垃圾在新生代（次要指 Eden 区）中，垃圾回收应用 YGC，回收线程与利用线程并发进行，垃圾回收对利用通明进行，如果 CPU 算力短缺的话，利用简直感觉不到垃圾在回收进行。

垃圾在老年代中，垃圾回收采纳 Mixed GC，回收线程开始工作时，利用线程阻塞，期待回收线程工作结束有，利用线程从新被唤醒。频繁的 Mixed GC 对利用的吞吐量产生不良影响。

1、对象如何进入老年代

一般而言，新创建的对象会存在于新生代的 Eden 区，下一次垃圾回收处罚便间接回收了。如果对象比拟倔强（持续被其它对象援用），那么会在 Survivor 区流转，每 GC 一次，依然不能被垃圾回收，那么年龄加一，持续在 S0 和 S1 区流转，当年龄增长到肯定的阈值，间接进入老年代。

（1）大对象间接到老年代

新创建的对象如果过大，那么不通过新生代，间接进入老年代。管制对象大小阈值有参数 -XX:PretenureSizeThreshold 决定，单位 字节。

（2）动静年龄判断

除了对象在 S0 和 S1 区重复流转年龄变动外，垃圾回收保护另外一套独立的年龄断定规定：如果 YGC 后尚未被回收的垃圾超过了 Survivor 区的 50%，那么超过的这批对象会间接进入老年代。

12G * 60% * 10% * 50% * 1024 = 737MB

动静年龄断定规定要求每次 YGC 尽可能的彻底，意味着每次 GC 的最长工夫不能太短，默认 200 毫秒是比拟正当的值。

如果预设置的最长进展工夫过短，那么每次 GC 后存活大量尚未被回收的垃圾，S 区容量无限，不该进入老年代的垃圾疾速在老年代沉积，频繁的 Mixed GC 不可避免。

2、高并发减速进入老年代

在高并发场景下，CPU 和内存资源吃紧，负载很高，不确定的性能抖动减速垃圾进入老年代。

举例说明，DAO 层查询数据库，一次残缺的会话完结后，整个会话中产生的对象垃圾在 Eden 区该当被全副回收。因为网络稳定，数据库解决能力的限度，大量会话超时。在此过程中这部分对象垃圾很可能在疾速 S0 和 S1 流转中叠加年龄，或者触发动静年龄断定，间接进入老年代。

老年代内存空间不够用，触发 Mixed GC，Mixed GC 间接副作用是利用卡顿。

四、调优步骤

1、设置垃圾回收器

Java 8 须要手动指定 G1 垃圾回收器，命令行增加 -XX:+UseG1GC 参数。

2、设置堆大小

设置内存堆大小有两点须要留神：初始堆大小与最大堆大小保持一致；堆大小占物理内存大小75%～80%，给系统核心服务预留必要的内存。

参数 -Xmx12G 设置初始堆大小；参数 -Xms12G 设置最大堆大小。

3、元空间设置

元空间是指存储动态类、静态方法、常量等非凡变量的内存区域。

参数 -XX:MetaspaceSize=1G 设置元空间初始大小；参数 -XX:MaxMetaspaceSize=1G 设置元空间最大大小。

4、GC 进展工夫

GC 进展工夫 是指每次 YGC 或者 Mixed GC 的最大工夫，垃圾回收器会依据用户设置的冀望工夫动静抉择垃圾扫描的范畴，如果设置工夫过小，可能总有一部分垃圾不能失去回收。单位 毫秒。

-XX:MaxGCPauseMillis=200

5、新生代大小

参数 -XX:G1NewSizePercent 设置新生代初始大小，默认为 5%；参数-XX:G1MaxNewSizePercent 设置新生代最大大小，默认为60%。

新生代外部细化为 Eden区和两个 Survivor，默认比例是：8:1:1

Eden:   12G * 60%* 80% = 5.76G
S0:     12G * 60%* 10% = 0.72G
S1:     12G * 60%* 10% = 0.72G

假如并发零碎每秒创立 500MB 的对象，假如每次 YGC 依据事后设置的最长进展工夫都可能扫描到 Eden Region，那么此并发零碎大概每隔 10 秒须要进行一次 YGC。

五、调优实际

GC 垃圾回收调优是在物理硬件受限制，并且有调优的实践空间下进行的。条件容许的话，间接降级硬件配置特地是物理内存配置，可能无效升高 GC 频率。比方 8C32G 或者 16C64G 等。

1、频繁的 YGC

当并发量较大时，频繁的 YGC 时必然的，单位工夫类创立了更多的对象，应用结束之后成为了垃圾。频繁的 YGC 有减速 S 区对象流向老年代的可能，尽可能保障每次 YGC 的理论耗时低于预设置的最长垃圾回收工夫（默认 200 毫秒），以便可能每次都能将新生代垃圾清理实现，尽可能延缓垃圾流向老年代。

2、频繁的 Mixed GC

在 G1 垃圾回收器中，没有所谓的 Mixed GC 的概念，Mixed GC 相似于 F·GC，不同的是 Mixed GC 除了回收老年代，同时也回收新生代，共同之处在于都会产生STW。

频繁的 Mixed GC 实质是大量应该在新生代回收的垃圾进入了老年代，解决思路是排查哪些哪些垃圾（对象）应该留在新生代，却流转到老年代。

（1）大对象

查看应用程序是否周期性的创立大对象，大对象的阈值由参数 -XX:PretenureSizeThreshold 管制。如果内存有优化空间的前提下适当调高此值，不得超过 S 区的一半（仿佛没有这么大的对象），副作用是新生代寄存对象数量相应变少，Eden 区内存更快的用完，YGC 相应的变频繁一些。

从业务的角度来讲，大对象产生必有其产生的起因，从这个角度优化可能性不高，垃圾回收器优化尽可能屏蔽业务层代码，毕竟对开发提要求让其不要创立大对象不事实。

（2）元空间

元空间耗尽也会引发Mixed GC，思考到元空间存储内容的特殊性，因元空间耗尽导致 GC 频率进步并没有很好的方法。单纯进步元空间大小会压缩新生代大小，新生代变小，对象流转到老年代的数量会变多，老年代内存耗费放慢，同样会进步 GC 的频率。

因元空间耗尽引发的Mixed GC，相对来说减少物理内存是比拟优的解决形式。

3、Full GC

只管 Mixed GC 被触发时，利用会临时进行响应（默认值是 200 毫秒），暂停的工夫是绝对可控的。

如果在进行 Mixed GC 时，闲暇的 Region 无奈保留存活的对象，Mixed GC 无奈失常进行时，垃圾回收会切换到 G1 之外的 Serial Old GC 来收集整个堆，包含新生代、老年代、元空间等。

进入 Serial Old GC 垃圾回收状态，垃圾回收不再受最长回收工夫束缚，采纳单线程进行标记、清理和压缩整顿，利用可能进入 假死 状态。兴许重启利用，重新分配堆内存，将堆内存彻底洗牌，兴许会更好。

G1 垃圾回收调优的要害是不要呈现 Full GC，因而对于敏感的参数千万不要乱调优，否则不仅达不到现实想过，反而更蹩脚。

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