java架构之路-（JVM优化与原理）JVM之G1回收器和常见参数配置

java架构之路-（JVM优化与原理）JVM之G1回收器和常见参数配置

2024-12-26 20:10

　　过去的几天里，我把JVM内部的垃圾回收算法和垃圾回收器。还剩下最后一个G1回收器没有说，我们今天数一下G1回收器和常见的参数配置。

G1回收器

G1 (Garbage-First)是一款面向服务器的垃圾收集器，主要针对配备多颗处理器及大容量内存的机器，以极高概率满足GC停顿时间要求的同时,还具备高吞吐量性能特征。我们会想一下我们上次课说的parNew+CMS回收器已经很厉害了，但是我们的服务器是那种超大内存的服务器呢？比如内存是32G的，可能最后我们的堆内存需要分配到十多个G，我们用parNew+CMS对于STW时间还是很长的，需要清理的越多，时间消耗越长啊，但是我们的G1垃圾回收器可以做到限制时间来收集，我们先看一下G1的模型图。

来解释一下这个图，G1垃圾回收器，会把你的堆内存分为大小相等的独立区域（Region），JVM最多可以分配2048个Region，一般Region大小等于堆大小除以2048，比如堆大小为4096M，则Region大小为2M，当然也可以用参数"-XX:G1HeapRegionSize"手动指定Region大小，每个Region的状态不确定，可能是Eden区域，也可能是Old区域，不需要原有的联系设置，这里说一下以前没有提到的Humongous区域，他是用来存储大对象的，大对象的判定规则就是一个大对象超过了一个Region大小的50%，比如按照上面算的，每个Region是2M，只要一个大对象超过了1M，就会被放入Humongous中视对象大小而定格子的连续数目。

默认年轻代对堆内存的占比是5%，如果堆大小为4096M，那么年轻代占据200MB左右的内存，对应大概是100个Region，可以通过“-XX:G1NewSizePercent”设置新生代初始占比，在系统运行中，JVM会不停的给年轻代增加更多的Region，但是最多新生代的占比不会超过60%，可以通过“-XX:G1MaxNewSizePercent”调整。年轻代中的Eden和Survivor对应的region也跟之前一样，默认8:1:1，假设年轻代现在有1000个region，eden区对应800个，s0对应100个，s1对应 100个。

G1收集器一次GC的运作过程大致分为以下几个步骤: 初始标记(initial mark，STW):暂停所有的其他线程，并记录下gc roots直接能引用的对象，速度很快 ;

并发标记(Concurrent Marking):同CMS的并发标记

最终标记(Remark，STW):同CMS的重新标记

筛选回收(Cleanup，STW):筛选回收阶段首先对各个Region的回收价值和成本进行排序，根据用户所期望的GC停顿时间(可以用JVM参数 -XX:MaxGCPauseMillis指定)来制定回收计划，就是说我们希望每次STW时间只是100ms，我们可以指定垃圾回收完成时间为100ms，但是100ms是不一定完全回收完成的，我们会按照每一个格子的回收消耗时间来排序，由小到大进行回收处理，直到时间为100ms为止。

这里的回收算法是复制算法，也就是我们把每一个小格子的对象进行处理，把有用的对象复制到空格子内，把原有格子清空，需要注意一点的是不需要再次整理内存碎片，举一个实例，Region1和Region2都需要回收，他们的大小都为2M，Region1有0.3M的对象是有用的，Region2的对象有0.6是有用，这时他们会共同放在一个空的小格子内占用0.9M的大小。与我们以前熟悉的YoungGC和OldGC所不同的是G1的回收器有三种GC，分别为：

YoungGC：

YoungGC并不是说现有的Eden区放满了就会马上触发，G1会计算下现在Eden区回收大概要多久时间，如果回收时间远远小于参数 -XX:MaxGCPauseMills 设定的值，那么增加年轻代的region，继续给新对象存放，不会马上做YoungGC，直到下一次Eden区放满，G1计算回收时间接近参数 -XX:MaxGCPauseMills 设定的值，那么就会触发YoungGC

MixedGC：

不是FullGC，老年代的堆占有率达到参数(-XX:InitiatingHeapOccupancyPercen)设定的值则触发，回收所有的Young和部分Old(根据期望的GC停顿时间确定old区垃圾收集的优先顺序)以及大对象区，正常情况G1的垃圾收集是先做MixedGC，主要使用复制算法，需要把各个region中存活的对象拷贝到别的region里去，拷贝过程中如果发现没有足够的空region能够承载拷贝对象就会触发一次Full GC

Full GC：

停止系统程序，然后采用单线程进行标记、清理和压缩整理，好空闲出来一批Region来供下一次MixedGC使用，这个过程是非常耗时的。

JVM参数配置以及优化（JDK1.8）

栈相关

-Xss->设置单个线程栈大小，比如-Xss512K，数值越小，一个线程栈里能分配的栈帧就越少，说明可以开启的线程数越多

方法区（元空间）

-XX:MetaspaceSize->设置方法区的大小，也是触发GC的阈值，比如-XX:MetaspaceSize=256M

-XX:MaxMetaspaceSiz->设置方法区的最大值，比如-XX:MaxMetaspaceSize=256M

堆相关

-Xms->jvm启动时分配的内存，比如‐Xms200m

-Xmx->jvm运行过程中分配的最大内存，比如-Xmx500m

-Xmn->设置年轻代大小，比如-Xmn2g

-XX:NewSize->设置年轻代大小比如-XX:NewSize=2g

-XX:PretenureSizeThreshold->可以设置大对象的大小，比如-XX:PretenureSizeThreshold=100000000 单位为btye。

-XX:MaxTenuringThreshold->设置分代年龄，比如-XX:MaxTenuringThreshold=10 默认为15。

-XX:-HandlePromotionFailure->老年代分配担保机制参数，1.8默认开启。

-XX:-UseAdaptiveSizePolicy->禁止JVM自动优化eden和Survivor默认比例8：1：1，反之JVM默认有这个参数-XX:+UseAdaptiveSizePolicy，会导致这个比例自动变化。

-XX:SurvivorRatio->设置Eden和Survivor大小比如 -XX:SurvivorRatio =8，注意Survivor区有两个。表示Eden：Survivor=8：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/10。

-XX:NewRatio->设置老年代和年轻代的比值大小比如-XX:NewRatio=4，表示年老代和年轻代比值为4：1。

回收器相关

Serial收集器

-XX:+UseSerialGC->指定年轻代为Serial收集器

-XX:+UseSerialOldGC->指定老年代为Serial收集器

ParNew收集器

-XX:+UseParNewG->指定年轻代为ParNew收集器

Parallel Scavenge收集器

-XX:+UseParallelGC->指定年轻代为Parallel收集器

-XX:+UseParallelOldGC->指定老年代为Parallel收集器

-XX:ParallelGCThreads->指定GC工作的线程数量

CMS收集器

-XX:+UseConcMarkSweepGC->指定指定老年代为CMS收集器

-XX:ConcGCThreads->并发的GC线程数

-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection->FullGC之后是否做压缩整理(减少碎片)

-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction->多少次FullGC之后压缩一次，默认是0，代表每次FullGC后都会压缩一次，比如-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0

-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction->当老年代使用达到该比例时会触发FullGC(默认是92，这是百分比)，比如-XX:CMSInitiatingOccupancyFaction=92

-XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly->只使用设定的回收阈值(-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction设定的值)，如果不指定，JVM仅在第一次使用设定值，后续则会自动调整

-XX:+CMSScavengeBeforeRemark->在CMSGC前启动一次minor gc，目的在于减少老年代对年轻代的引用，降低CMS GC的标记阶段时的开销，一般CMS的GC耗时80%都在 remark阶段

G1收集器

-XX:+UseG1GC->开启G1收集器

-XX:G1HeapRegionSize->指定分区大小(1MB~32MB，且必须是2的幂)，默认将整堆划分为2048个分区

-XX:MaxGCPauseMillis->目标暂停时间(默认200ms)

-XX:G1NewSizePercent->新生代内存初始空间(默认整堆5%)

-XX:G1MaxNewSizePercent->新生代内存最大空间

-XX:TargetSurvivorRatio->Survivor区的填充容量(默认50%)，Survivor区域里的一批对象(年龄1+年龄2+年龄n的多个年龄对象)总和超过了Survivor区域的50%，此时就会把年龄n(含)以上的对象都放入老年代

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent->老年代占用空间达到整堆内存阈值(默认45%)，则执行新生代和老年代的混合收集(MixedGC)，比如我们之前说的堆默认有2048个region，如果有接近 1000个region都是老年代的region，则可能就要触发MixedGC了

-XX:G1HeapWastePercent->默认5%，gc过程中空出来的region是否充足阈值，在混合回收的时候，对Region回收都是基于复制算法进行的，都是把要回收的Region里的存活对象放入其他 Region，然后这个Region中的垃圾对象全部清理掉，这样的话在回收过程就会不断空出来新的 Region，一旦空闲出来的Region数量达到了堆内存的5%，此时就会立即停止混合回收，意味着本次混合回收就结束了。

-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent->默认85%，region中的存活对象低于这个值时才会回收该region，如果超过这个值，存活对象过多，回收的的意义不大。

-XX:G1MixedGCCountTarget->在一次回收过程中指定做几次筛选回收(默认8次)，在最后一个筛选回收阶段可以回收一会，然后暂停回收，恢复系统运行，一会再开始回收，这样可以让系统不至于单次停顿时间过长。

日志调优相关

-XX:+PrintGCDetails->打印GC日志

-XX:+PrintGCTimeStamps->打印GC时间

-XX:+PrintGCDateStamps->打印GC日期

-Xloggc->将GC日志保存为文件，比如-Xloggc:https://cloud.tencent.com/developer/article/gc.log

有兴趣的小伙伴可以自学一下jmap -heap PID，jstat -gc PID（个人认为这个超级重要），javap -c ***.class，Jstack等调优命令，线上尽力别用jvisualvm命令，消耗性能，很多公司禁用jvisualvm命令

我们来回顾一下我们JVM都说了什么知识点。

一，类加载过程：加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载

二，双亲委派机制。

三，内存运行模型（堆和栈）

四，内存分区老年代和年轻代，年轻代包含Eden区和Survivor区。

五，GC回收minor和fullGC，什么时候会触发fullGC，重点是对象动态年龄判断和老年代担保分配机制。

六，垃圾回收的算法，三种，复制，标记清理，标记整理。

七，垃圾回收器五种，串行的Serial，并行的parNew，高CPU的Parallel，常用的CMS和大内存的G1。

八，常用命令。

很多都是孰能生巧的，细节的还有很多，JVM优化路我给你们指出了，剩下的还需要你们自己去探索，加油~！！！

再不会调优的可以来私信我，我可以尝试为你提出免费调试建议。

最近搞了一个个人公众号，会每天更新一篇原创博文，java，python，自然语言处理相关的知识有兴趣的小伙伴可以关注一下。