GC

本文介绍了Minor GC、Major GC和Full GC的概念,详细分析了Full GC的触发条件,并提供了使用JDK工具jstat检测Full GC的方法及如何通过GC日志和JVM内存快照进行问题定位。

1、什么是Minor GC、Major GC和Full GC

Minor GC:从年轻代空间(包括 Eden 和 Survivor 区域)回收内存被称为 Minor GC。

Major GC:是清理老年代。

Full GC:是清理整个堆空间—包括年轻代和老年代。这次GC是发生了Stop-The-World。

2、full gc触发条件

(1)调用System.gc时,系统建议执行Full GC,但是不必然执行

(2)老年代空间不足

(3)方法区空间不足

(4)通过Minor GC后进入老年代的平均大小大于老年代的可用内存

(5)由Eden区、From Space区向To Space区复制时,对象大小大于To Space可用内存,则把该对象转存到老年代,且老年代的可用内存小于该对象大小

3、GC触发的条件

(1)程序调用System.gc时可以触发;(2)系统自身来决定GC触发的时机。

4、如何发现是否发生FULL GC和FULL GC是否频繁

使用JDK自带的轻量级小工具jstat
     语法结构:
Usage: jstat -help|-options
             jstat -<option> [-t] [-h<lines>] <vmid> [<interval> [<count>]]

参数解释:
Options — 选项,我们一般使用 -gcutil 查看gc情况
vmid    — VM的进程号,即当前运行的java进程号
interval– 间隔时间,单位为秒或者毫秒
count   — 打印次数,如果缺省则打印无数次
比如 /opt/taobao/java/bin/jstat –gcutil pid 5000

5、FULL GC分析和问题定位

a.     GC log收集和分析
(1)在JVM启动参数增加:"-verbose:gc -Xloggc:<file_name>  -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps"
    PrintGCTimeStamp只能获得相对时间,建议使用PrintGCDateStamps获得full gc 发生的绝对时间
      (2)如果采用CMS GC,仔细分析jstat FGC输出和GC 日志会发现, CMS的每个并发GC周期则有两个stop-the-world阶段——initial mark与final re-mark,使得CMS的每个并发GC周期总共会更新full GC计数器两次,initial mark与final re-mark各一次
   
    b.     Dump JVM 内存快照
/opt/taobao/java/bin/jmap -dump:format=b,file=dump.bin pid
这里有一个问题是什么时候进行dump?
一种方法是前面提到的用jstat工具观察,当OLD区到达比较高的比例如60%,一般会很快触发一次FULL GC,可以进行一次DUMP,在FULL GC发生以后再DUMP一次,这样比较就可以发现到底是哪些对象导致不停的FULL GC
另外一种方法是通过配置JVM参数
-XX:+HeapDumpBeforeFullGC -XX:+HeapDumpAfterFullGC分别用于指定在full GC之前与之后生成heap dump

    c.     利用MAT((Memory Analyzer Tool)工具分析dump文件
关于MAT具体使用方法网上有很多介绍,这里不做详细展开,这里需要注意的是:
(1)   MAT缺省只分析reachable的对象,unreachable的对象(将被收集掉的对象)被忽略,而分析FULL GC频繁原因时unreachable object也应该同时被重点关注。如果要显示unreachable的对象细节必须用mat 1.1以上版本并且打开选项“keep unreachable object”
(2)   通常dump文件会好几个G,无法在windows上直接进行分析,我们可以先把dump文件在linux上进行分析,再把分析好的文件拷贝到windows上,在windows上用MAT打开分析文件。

6、Full GC本身不会先进行Minor GC,可以配置

-XX:+ScavengeBeforeFullGC(非CMS回收算法)、CMSScavengeBeforeRemark(CMS回收算法)可以,让Full GC之前先进行一次Minor GC,因为老年代很多对象都会引用到新生代的对象,先进行一次Minor GC可以提高老年代GC的速度。

(G1回收算法除外,G1回收有一个MIXED回收阶段,新生代和老年代都一起回收,与配置的JVM参数无关)



<think>我们正在讨论Java的垃圾回收机制,特别是Full GC。根据用户的要求,我需要解释Full GC的含义、触发原因以及影响。同时,我需要参考之前提供的引用内容,并在回答中自然地添加引用标识。 回顾引用内容: 引用[1]详细说明了Full GC的触发条件,包括: - 显式调用System.gc() - 老年代空间不足 - 方法区(Metaspace)空间不足 - 大对象分配失败 - 晋升失败(Minor GC后Survivor区对象晋升到老年代时空间不足) 引用[2]则提到如何避免Full GC,例如通过合理设置新生代和老年代的比例(使用-XX:NewRatio参数)。 因此,我的回答结构如下: 1. **Full GC的含义**:Full GC是Java虚拟机(JVM)中的一种垃圾回收过程,它会清理整个堆内存(包括新生代和老年代)以及方法区(或元空间)。与只针对新生代的Minor GC不同,Full GC的范围更广,耗时更长。 2. **触发Full GC的原因**:基于引用[1],我将详细列出触发条件,每个条件都附带解释,并在末尾添加引用标识[^1]。 3. **Full GC的影响**:主要影响是性能,因为Full GC会暂停所有应用线程(Stop-The-World),导致应用程序停顿。频繁的Full GC会严重影响系统响应时间和吞吐量。 4. **如何避免Full GC**:参考引用[2],可以调整JVM参数(如-XX:NewRatio)来优化内存分配,减少Full GC的发生。同时,还可以建议其他方法,如增大堆大小、优化代码等。 最后,按照用户要求,生成相关问题。 注意:在回答中,如果有数学表达式(比如在解释内存比例时),我需要按照系统级指令使用$...$或$$...$$格式。例如,当提到新生代和老年代的比例时,可以写成比例参数设置为$2$(即-XX:NewRatio=2)。 现在,构建回答内容: ### Full GC的含义 Full GC(完全垃圾回收)是Java虚拟机(JVM)中一种全局性的垃圾回收过程,它会同时清理**新生代(Young Generation)**、**老年代(Old Generation)** 以及**元空间(Metaspace,Java 8+)** 中的无用对象[^1]。与仅针对新生代的Minor GC相比,Full GC的回收范围更广,执行时间更长,通常会导致明显的应用程序停顿(Stop-The-World)。 ### 触发Full GC的原因 根据JVM的内存管理机制,Full GC的触发条件主要包括: 1. **老年代空间不足** 当老年代剩余空间无法容纳从新生代晋升的对象时,会触发Full GC[^1]。例如: $$ \text{老年代剩余空间} < \text{晋升对象总大小} $$ 2. **显式调用`System.gc()`** 代码中调用`System.gc()`会建议JVM执行Full GC,但JVM可能忽略该请求(取决于`-XX:+DisableExplicitGC`参数配置)[^1]。 3. **元空间(Metaspace)不足** 在Java 8及以上版本,如果元空间(存放类元数据)的内存耗尽,且无法再扩展,会触发Full GC[^1]。 4. **大对象分配失败** 尝试分配大对象(如超大数组)时,若新生代无法容纳且老年代空间也不足,会直接触发Full GC[^1]。 5. **晋升失败(Promotion Failure)** Minor GC后,Survivor区中的存活对象需要晋升到老年代,但老年代空间不足,此时会触发Full GC[^1]。 --- ### Full GC的影响 Full GC对应用程序性能有显著负面影响: - **长时间停顿(Stop-The-World)**:Full GC会暂停所有应用线程,停顿时间可达秒级甚至分钟级,影响系统响应速度。 - **吞吐量下降**:频繁Full GC会占用大量CPU资源,降低有效业务处理能力。 - **内存碎片问题**:Full GC可能引发内存碎片化,进一步加剧后续GC压力。 --- ### 避免Full GC的优化策略 1. **调整堆内存比例** 通过`-XX:NewRatio`参数合理设置新生代与老年代的比例(例如$2$表示老年代是新生代的2倍),减少对象过早晋升到老年代的概率[^2]。 ```bash java -XX:NewRatio=2 -jar app.jar ``` 2. **增大堆内存总量** 适当增加`-Xmx`(最大堆内存)和`-Xms`(初始堆内存)的值,为老年代和元空间预留更多空间。 3. **避免代码中调用`System.gc()`** 可通过添加JVM参数`-XX:+DisableExplicitGC`禁用显式GC调用。 4. **元空间监控与扩展** 设置`-XX:MaxMetaspaceSize`限制元空间上限,避免无限制增长触发Full GC。 5. **选择低停顿垃圾回收器** 如G1(Garbage-First)或ZGC,通过增量回收减少Full GC频率。 --- §§相关问题§§ 1. 如何通过JVM日志分析Full GC的触发原因? 2. G1垃圾回收器如何减少Full GC的发生? 3. 元空间(Metaspace)的内存管理机制是怎样的? 4. 哪些代码写法会导致频繁触发Full GC? [^1]: Full GC触发条件的详细技术说明 [^2]: JVM内存比例调整对Full GC的影响 </think>### Full GC的含义与机制 **Full GC**(完全垃圾回收)是 Java 虚拟机(JVM)中一种全局性的垃圾回收过程,涉及清理整个堆内存(包括**新生代**、**老年代**)以及**方法区**(Java 8+ 为 Metaspace)[^1]。其核心目标是释放不再使用的对象内存,避免内存溢出(OOM)。与仅针对新生代的 **Minor GC** 不同,Full GC 的回收范围更广、耗时更长(通常可达秒级),且会暂停所有应用线程(Stop-The-World)。 --- ### Full GC 的触发原因 基于 JVM 内存管理机制,触发条件主要包括: 1. **老年代空间不足** - 当老年代剩余空间无法容纳从新生代晋升的对象时触发[^1],数学表示为: $$ \text{老年代剩余空间} < \text{晋升对象总大小} $$ - 常见诱因:长期存活对象积累(如缓存未清理)或内存泄漏。 2. **显式调用 `System.gc()`** - 开发者主动调用 `System.gc()` 可能建议 JVM 执行 Full GC,但 JVM 可忽略该请求(取决于 `-XX:+DisableExplicitGC` 配置)[^1]。 3. **Metaspace 空间不足** - Java 8+ 中,Metaspace(存放类元数据)耗尽时可能触发 Full GC[^1]。 - 常见于频繁动态生成类(如反射、CGLIB 代理)。 4. **大对象分配失败** - 对象大小超过新生代单块区域(如 Eden 区)容量,且老年代无法容纳该对象时触发[^1]。 5. **晋升失败(Promotion Failure)** - Minor GC 后,Survivor 区存活对象需晋升至老年代,但老年代空间不足[^1]。 --- ### Full GC 的影响 | **影响维度** | **具体表现** | |--------------------|-----------------------------------------------------------------------------| | **性能** | 应用线程暂停(Stop-The-World),响应延迟骤增,吞吐量下降。停顿时间与堆大小成正比。 | | **系统稳定性** | 频繁 Full GC 导致服务超时,甚至引发雪崩故障。 | | **内存碎片** | Full GC 可能加剧老年代内存碎片化,进一步降低后续内存分配效率。 | | **资源消耗** | 高 CPU 占用(GC 线程全力工作),挤压业务计算资源。 | --- ### 避免 Full GC 的关键优化策略 1. **调整内存区域比例** - 通过 `-XX:NewRatio` 合理分配新生代与老年代比例(例如 `-XX:NewRatio=2` 表示老年代占堆的 $2/3$)[^2],延缓对象晋升速度。 - 示例: ```bash java -XX:NewRatio=2 -Xmx4g -jar app.jar ``` 2. **增大堆空间或 Metaspace** - 适当提高 `-Xmx`(最大堆内存)和 `-XX:MaxMetaspaceSize`(元空间上限)。 3. **选择低停顿垃圾回收器** - 使用 G1(Garbage-First)或 ZGC,通过**分区回收**和**并发标记**减少 Full GC 频率。 - 示例: ```bash java -XX:+UseG1GC -jar app.jar ``` 4. **代码层面优化** - 避免调用 `System.gc()`。 - 减少大对象分配(如拆分大数组)。 - 及时清理无引用对象(如缓存设置 TTL)。 ---
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