jvm系列(九):Java GC 分析

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本文深入探讨JavaGC机制，介绍其在JVM中如何自动管理内存，防止内存泄露和溢出。文章涵盖获取GC日志的方法、常见GC参数解析及Tomcat配置示例，同时提供GC日志分析技巧和推荐分析工具。

Java GC就是JVM记录仪，书画了JVM各个分区的表演。

什么是 Java GC

Java GC（Garbage Collection，垃圾收集，垃圾回收）机制，是Java与C++/C的主要区别之一，作为Java开发者，一般不需要专门编写内存回收和垃圾清理代码，对内存泄露和溢出的问题，也不需要像C程序员那样战战兢兢。这是因为在Java虚拟机中，存在自动内存管理和垃圾清扫机制。概括地说，该机制对JVM（Java Virtual Machine）中的内存进行标记，并确定哪些内存需要回收，根据一定的回收策略，自动的回收内存，永不停息（Nerver Stop）的保证JVM中的内存空间，防止出现内存泄露和溢出问题。

在Java语言出现之前，就有GC机制的存在，如Lisp语言），Java GC机制已经日臻完善，几乎可以自动的为我们做绝大多数的事情。然而，如果我们从事较大型的应用软件开发，曾经出现过内存优化的需求，就必定要研究Java GC机制。

简单总结一下，Java GC就是通过GC收集器回收不在存活的对象，保证JVM更加高效的运转。如果不了解GC算法和垃圾回收器可以参考这篇文章：jvm系列(三):GC算法垃圾收集器。

如何获取 Java GC日志

一般情况可以通过两种方式来获取GC日志，一种是使用命令动态查看，一种是在容器中设置相关参数打印GC日志。

命令动态查看

Java 自动的工具行命令，jstat可以用来动态监控JVM内存的使用，统计垃圾回收的各项信息。

比如常用命令，jstat -gc 统计垃圾回收堆的行为

$ jstat -gc 1262
 S0C    S1C     S0U     S1U   EC       EU        OC         OU        PC       PU         YGC    YGCT    FGC    FGCT     GCT   
26112.0 24064.0 6562.5  0.0   564224.0 76274.5   434176.0   388518.3  524288.0 42724.7    320    6.417   1      0.398    6.815

也可以设置间隔固定时间来打印：

$ jstat -gc 1262 2000 20

这个命令意思就是每隔2000ms输出1262的gc情况，一共输出20次

更详细的内容参考这篇文章：jvm系列(四):jvm调优-命令篇

GC参数

JVM的GC日志的主要参数包括如下几个：

-XX:+PrintGC 输出GC日志
-XX:+PrintGCDetails 输出GC的详细日志
-XX:+PrintGCTimeStamps 输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
-XX:+PrintGCDateStamps 输出GC的时间戳（以日期的形式，如 2017-09-04T21:53:59.234+0800）
-XX:+PrintHeapAtGC 在进行GC的前后打印出堆的信息
-Xloggc:../logs/gc.log 日志文件的输出路径

在生产环境中，根据需要配置相应的参数来监控JVM运行情况。

Tomcat 设置示例

我们经常在tomcat的启动参数中添加JVM相关参数，这里有一个典型的示例：

JAVA_OPTS="-server -Xms2000m -Xmx2000m -Xmn800m -XX:PermSize=64m -XX:MaxPermSize=256m -XX:SurvivorRatio=4
-verbose:gc -Xloggc:$CATALINA_HOME/logs/gc.log 
-Djava.awt.headless=true 
-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails 
-Dsun.rmi.dgc.server.gcInterval=600000 -Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=600000
-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:MaxTenuringThreshold=15"

根据上面的参数我们来做一下解析：

-Xms2000m -Xmx2000m -Xmn800m -XX:PermSize=64m -XX:MaxPermSize=256m
Xms，即为jvm启动时得JVM初始堆大小,Xmx为jvm的最大堆大小，xmn为新生代的大小，permsize为永久代的初始大小，MaxPermSize为永久代的最大空间。
-XX:SurvivorRatio=4
SurvivorRatio为新生代空间中的Eden区和救助空间Survivor区的大小比值，默认是8，则两个Survivor区与一个Eden区的比值为2:8,一个Survivor区占整个年轻代的1/10。调小这个参数将增大survivor区，让对象尽量在survitor区呆长一点，减少进入年老代的对象。去掉救助空间的想法是让大部分不能马上回收的数据尽快进入年老代，加快年老代的回收频率，减少年老代暴涨的可能性，这个是通过将-XX:SurvivorRatio 设置成比较大的值（比如65536)来做到。
-verbose:gc -Xloggc:$CATALINA_HOME/logs/gc.log
将虚拟机每次垃圾回收的信息写到日志文件中，文件名由file指定，文件格式是平文件，内容和-verbose:gc输出内容相同。
-Djava.awt.headless=true
Headless模式是系统的一种配置模式。在该模式下，系统缺少了显示设备、键盘或鼠标。
-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails
设置gc日志的格式
-Dsun.rmi.dgc.server.gcInterval=600000 -Dsun.rmi.dgc.client.gcInterval=600000
指定rmi调用时gc的时间间隔
-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:MaxTenuringThreshold=15
采用并发gc方式，经过15次minor gc 后进入年老代

如何分析GC日志

摘录GC日志一部分

Young GC回收日志:

2016-07-05T10:43:18.093+0800: 25.395: [GC [PSYoungGen: 274931K->10738K(274944K)] 371093K->147186K(450048K), 0.0668480 secs] [Times: user=0.17 sys=0.08, real=0.07 secs]

Full GC回收日志:

2016-07-05T10:43:18.160+0800: 25.462: [Full GC [PSYoungGen: 10738K->0K(274944K)] [ParOldGen: 136447K->140379K(302592K)] 147186K->140379K(577536K) [PSPermGen: 85411K->85376K(171008K)], 0.6763541 secs] [Times: user=1.75 sys=0.02, real=0.68 secs]

通过上面日志分析得出，PSYoungGen、ParOldGen、PSPermGen属于Parallel收集器。其中PSYoungGen表示gc回收前后年轻代的内存变化；ParOldGen表示gc回收前后老年代的内存变化；PSPermGen表示gc回收前后永久区的内存变化。young gc 主要是针对年轻代进行内存回收比较频繁，耗时短；full gc 会对整个堆内存进行回城，耗时长，因此一般尽量减少full gc的次数

通过两张图非常明显看出gc日志构成：

Young GC日志: