GC和GC Tuning

GC和GC Tuning

作者：fcl

GC的基础知识

1.什么是垃圾

C语言申请内存：malloc申请内存， free释放内存

C++： new申请内存， delete释放内存

C/C++： 手动回收内存

Java:：new 申请内存 ？（JVM自动回收内存）

自动内存回收，编程上简单，系统不容易出错，手动释放内存，容易出两种类型的问题：

1. 忘记回收：造成内存泄漏和内存溢出等问题
2. 多次回收：垃圾回收方法可能封装在if/else等判断语句中，多次回收造成将有用的数据回收掉…

没有任何引用指向的一个对象或者多个对象循环引用被称为垃圾

2.如何定位垃圾

1. 引用计数（ReferenceCount）
2. 根可达算法(RootSearching)

3.常见的垃圾回收算法

1. 标记清除(mark sweep) - 位置不连续 产生碎片 效率偏低（两遍扫描）
2. 拷贝算法 (copying) - 没有碎片，浪费空间
3. 标记压缩(mark compact) - 没有碎片，效率偏低（两遍扫描，指针需要调整：第一遍和标记清楚类似找出非垃圾的对象，第二遍调整指针，注意在调整指针时如果是单线程效率偏低，如果是多线程需要线程同步也会影响效率，所以说最终结论是效率偏低，但是没有产生碎片化）
4. 分代收集算法() - 是将内存分为年轻代-老年代（然后配合上述三种垃圾回收算法使用）

4.JVM内存分代模型（用于分代垃圾回收算法）

1. 部分垃圾回收器使用的模型

   除Epsilon ZGC Shenandoah之外的GC都是使用逻辑分代模型

   G1是逻辑分代，物理不分代

   除此之外不仅逻辑分代，而且物理分代

2. 新生代 + 老年代 + 永久代（1.7）Perm Generation/ 元数据区(1.8) Metaspace

   1. 永久代：方法区（在java虚拟中）
   2. 元数据 - 元空间与永久代之间最大的区别在于：元空间并不在虚拟机中，而是使用 本地内存
   3. 永久代必须指定大小限制 ，元数据可以设置，也可以不设置，无上限（受限于物理内存，动态分配）
   4. 字符串常量 1.7 - 在永久代，1.8 - 在堆
   5. MethodArea逻辑概念 - 1.8之前叫永久代、1.8之后叫元数据
   6. 元数据区不受堆内存的管理，操作系统直接参与管理元数据区。

   永久代变更为元数据区的大概原因：
   1、字符串存在永久代中，容易出现性能问题和内存溢出。
   2、类及方法的信息等比较难确定其大小，因此对于永久代的大小指定比较困难，太小容易出现永久代溢出，太大则容易导致老年代溢出。
   3、永久代会为 GC 带来不必要的复杂度，并且回收效率偏低。

3. 新生代 = Eden + 2个suvivor区

   1. YGC回收之后，大多数的对象会被回收，活着的进入s0
   2. 再次YGC，活着的对象eden + s0 <相互移动> s1
   3. 再次YGC，eden + s1 -> s0
   4. 年龄足够 -> 老年代 （15 CMS 6）分代年龄占4个Bit所以最大值为15
   5. s区装不下 -> 老年代（分配担保机制）

4. 老年代

   1. 顽固分子
   2. 老年代满了 Full GC

5. GC Tuning 的核心思想(Generation)

   1. 尽量减少FGC（full gc将会把老年代and年轻代全部gc一遍，耗时巨大，造成长时间的STW）
   2. MinorGC = YGC
   3. MajorGC = FGC

6. 对象分配过程图
   [外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-acE0cm6H-1597474966815)(对象分配过程详解.png)]

7. 动态年龄：（不重要）
   https://www.jianshu.com/p/989d3b06a49d

8. 分配担保：（不重要）
   YGC期间 survivor区空间不够了 空间担保直接进入老年代
   参考：https://cloud.tencent.com/developer/article/1082730

5.常见的垃圾回收器

1. 垃圾回收器的发展路线，是随着内存越来越大的过程而演进
   从分代算法演化到不分代算法
   Serial算法 几十兆
   Parallel算法 几个G
   CMS 几十个G - 承上启下，开始并发回收 -
   .- 三色标记 -
   G1 几百个G（Region小区块）
   ZGC 几个T（Region小区块）

2. JDK诞生 Serial追随 提高效率，诞生了PS，为了配合CMS，诞生了PN，CMS是1.4版本后期引入，CMS是里程碑式的GC，它开启了并发回收的过程，但是CMS毛病较多，因此目前任何一个JDK版本默认是CMS
   并发垃圾回收是因为无法忍受STW

3. Serial 年轻代 串行回收

4. PS 年轻代 并行回收

5. ParNew 年轻代 配合CMS的并行回收

6. SerialOld

7. ParallelOld

8. ConcurrentMarkSweep 老年代 并发的， 垃圾回收和应用程序同时运行，降低STW的时间(200ms)
   CMS问题比较多会产生漏标和错标，所以现在没有一个版本默认是CMS，只能手工指定
   CMS既然是MarkSweep，就一定会有碎片化的问题，碎片到达一定程度，CMS的老年代分配对象分配不下的时候，使用SerialOld 进行老年代回收（SerialOld单线程STW回收大内存的垃圾时效率低）
   算法：三色标记（黑：已经标记完成，灰：标记完自身，自身属性的引用未标记，白：未标记） +
   Incremental Update：当黑色对象插入新的指向白色对象的引用关系时，就将这个新插入的引用记录下来，等并发扫描结束之后，再将这些记录过的引用关系中的黑色对象为根，重新扫描一次。这可以简化理解为，黑色对象一旦新插入了指向白色对象的引用之后，它就变回灰色对象了。

9. G1(200ms - 10ms)
   算法：三色标记（黑：已经标记完成，灰：标记完自身，自身属性的引用未标记，白：未标记） + SATB（起始快照算法）和CMS类似，在最后重新标记时采用STW方式，同时使用STW方式clear
   G1详解:https://blog.youkuaiyun.com/coderlius/article/details/79272773

10. ZGC (10ms - 1ms) PK C++ （整合了CMS和G1的优势）
    算法：（彩色指针+读屏障）ColoredPointers + LoadBarrier

11. Shenandoah
    算法：（彩色指针+写屏障）ColoredPointers + WriteBarrier
    彩色指针详解：https://blog.youkuaiyun.com/xiaolyuh123/article/details/103937164
    读写屏障详解：https://blog.youkuaiyun.com/kuaipao19950507/article/details/106821010

12. Eplison

13. PS 和 PN区别的延伸阅读：
    ▪https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/gctuning/ergonomics.html#GUID-3D0BB91E-9BFF-4EBB-B523-14493A860E73

14. 垃圾收集器跟内存大小的关系

    1. Serial 几十兆
    2. PS 上百兆 - 几个G
    3. CMS - 20G
    4. G1 - 上百G
    5. ZGC - 4T - 16T（JDK13）

1.8默认的垃圾回收：PS + ParallelOld

常见垃圾回收器组合参数设定：(1.8)

• -XX:+UseSerialGC = Serial New (DefNew) + Serial Old

  • 小型程序。默认情况下不会是这种选项，HotSpot会根据计算及配置和JDK版本自动选择收集器

• -XX:+UseParNewGC = ParNew + SerialOld

  • 这个组合已经很少用（在某些版本中已经废弃）
  • https://stackoverflow.com/questions/34962257/why-remove-support-for-parnewserialold-anddefnewcms-in-the-future

• -XX:+UseConc(urrent)MarkSweepGC = ParNew + CMS + Serial Old

• -XX:+UseParallelGC = Parallel Scavenge + Parallel Old (1.8默认) 【PS + SerialOld】

• -XX:+UseParallelOldGC = Parallel Scavenge + Parallel Old

• -XX:+UseG1GC = G1

• Linux中没找到默认GC的查看方法，而windows中会打印UseParallelGC

  • java +XX:+PrintCommandLineFlags -version
  • 通过GC的日志来分辨

• Linux下1.8版本默认的垃圾回收器到底是什么？

  • 1.8.0_181 默认（看不出来）Copy MarkCompact
  • 1.8.0_222 默认 PS + PO

JVM调优第一步，了解JVM常用命令行参数

• JVM的命令行参数参考：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

• HotSpot参数分类

  标准： - 开头，所有的HotSpot都支持

  非标准：-X 开头，特定版本HotSpot支持特定命令

  不稳定：-XX 开头，下个版本可能取消

  java -version

  java -X

  java -XX:+PrintFlagsWithComments //只有debug版本能用