淺談Sun JVM中的內(nèi)存管理及調(diào)優(yōu)
1. Sun JVM的GC概述
GC即垃圾收集機(jī)制是指Sun JVM用于釋放那些不再使用的對(duì)象所占用的內(nèi)存。java語(yǔ)言并不要求Sun JVM有GC，也沒(méi)有規(guī)定GC如何工作。不過(guò)常用的Sun JVM都有GC，而且大多數(shù)GC都使用類似的算法管理內(nèi)存和執(zhí)行收集操作。
在充分理解了垃圾收集算法和執(zhí)行過(guò)程后，才能有效的優(yōu)化它的性能。有些垃圾收集專用于特殊的應(yīng)用程序。比如，實(shí)時(shí)應(yīng)用程序主要是為了避免垃圾收集中斷，而大多數(shù)OLTP應(yīng)用程序則注重整體效率。理解了應(yīng)用程序的工作負(fù)荷和Sun JVM支持的垃圾收集算法，便可以進(jìn)行優(yōu)化配置垃圾收集器。
垃圾收集的目的在于清除不再使用的對(duì)象。GC通過(guò)確定對(duì)象是否被活動(dòng)對(duì)象引用，來(lái)確定是否收集該對(duì)象。GC首先要判斷該對(duì)象是否是時(shí)候可以收集。兩種常用的方法是引用計(jì)數(shù)和對(duì)象引用遍歷。
1.1. 引用計(jì)數(shù)
引用計(jì)數(shù)存儲(chǔ)對(duì)特定對(duì)象的所有引用數(shù)，也就是說(shuō)，當(dāng)應(yīng)用程序創(chuàng)建引用以及引用超出范圍時(shí)，Sun JVM必須適當(dāng)增減引用數(shù)。當(dāng)某對(duì)象的引用數(shù)為0時(shí)，便可以進(jìn)行垃圾收集。
1.2. 對(duì)象引用遍歷
早期的Sun JVM使用引用計(jì)數(shù)，現(xiàn)在大多數(shù)Sun JVM采用對(duì)象引用遍歷。對(duì)象引用遍歷從一組對(duì)象開始，沿著整個(gè)對(duì)象圖上的每條鏈接，遞歸確定可到達(dá)（reachable）的對(duì)象。如果某對(duì)象不能從這些根對(duì)象的一個(gè)（至少一個(gè)）到達(dá)，則將它作為垃圾收集。在對(duì)象遍歷階段，GC必須記住哪些對(duì)象可以到達(dá)，以便刪除不可到達(dá)的對(duì)象，這稱為標(biāo)記（marking）對(duì)象。
下一步，GC要?jiǎng)h除不可到達(dá)的對(duì)象。刪除時(shí)，有些GC只是簡(jiǎn)單的掃描堆棧，刪除未標(biāo)記的對(duì)象，并釋放它們的內(nèi)存以生成新的對(duì)象，這叫做清除（sweeping）。這種方法的問(wèn)題在于內(nèi)存會(huì)分成好多小段，而它們不足以用于新的對(duì)象，但是組合起來(lái)卻很大。因此，許多GC可以重新組織內(nèi)存中的對(duì)象，并進(jìn)行壓縮（compact），形成可利用的空間。
為此，GC需要停止其他的活動(dòng)。這種方法意味著所有與應(yīng)用程序相關(guān)的工作停止，只有GC運(yùn)行。結(jié)果，在響應(yīng)期間增減了許多混雜請(qǐng)求。另外，更復(fù)雜的GC不斷增加或同時(shí)運(yùn)行，以減少或者清除應(yīng)用程序的中斷。有的GC使用單線程完成這項(xiàng)工作，有的則采用多線程以增加效率。
2. 幾種垃圾回收機(jī)制
2.1. 標(biāo)記－清除收集器
這種收集器首先遍歷對(duì)象圖并標(biāo)記可到達(dá)的對(duì)象，然后掃描堆棧以尋找未標(biāo)記對(duì)象并釋放它們的內(nèi)存。這種收集器一般使用單線程工作并停止其他操作。
2.2. 標(biāo)記－壓縮收集器
有時(shí)也叫標(biāo)記－清除－壓縮收集器，與標(biāo)記－清除收集器有相同的標(biāo)記階段。在第二階段，則把標(biāo)記對(duì)象復(fù)制到堆棧的新域中以便壓縮堆棧。這種收集器也停止其他操作。
2.3.復(fù)制收集器
這種收集器將堆棧分為兩個(gè)域，常稱為半空間。每次僅使用一半的空間，Sun JVM生成的新對(duì)象則放在另一半空間中。GC運(yùn)行時(shí)，它把可到達(dá)對(duì)象復(fù)制到另一半空間，從而壓縮了堆棧。這種方法適用于短生存期的對(duì)象，持續(xù)復(fù)制長(zhǎng)生存期的對(duì)象則導(dǎo)致效率降低。
2.4.增量收集器
增量收集器把堆棧分為多個(gè)域，每次僅從一個(gè)域收集垃圾。這會(huì)造成較小的應(yīng)用程序中斷。
2.5.分代收集器
這種收集器把堆棧分為兩個(gè)或多個(gè)域，用以存放不同壽命的對(duì)象。Sun JVM生成的新對(duì)象一般放在其中的某個(gè)域中。過(guò)一段時(shí)間，繼續(xù)存在的對(duì)象將獲得使用期，并轉(zhuǎn)入更長(zhǎng)壽命的域中。分代收集器對(duì)不同的域使用不同的算法以優(yōu)化性能。
2.6.并發(fā)收集器
并發(fā)收集器與應(yīng)用程序同時(shí)運(yùn)行。這些收集器在某點(diǎn)上（比如壓縮時(shí)），一般都不得不停止其他操作，以完成特定的任務(wù)，但是因?yàn)槠渌麘?yīng)用程序可進(jìn)行其他的后臺(tái)操作，所以中斷其他處理的實(shí)際時(shí)間大大降低。
2.7.并行收集器
并行收集器使用某種傳統(tǒng)的算法，并使用多線程并行地執(zhí)行它們的工作。在多cpu機(jī)器上使用多線程技術(shù)可以顯著的提高java應(yīng)用程序區(qū)性的可擴(kuò)展性。
3.Sun HotSpot 1.4.1 Sun JVM堆大小的調(diào)整
Sun HotSpot 1.4.1使用分代收集器，它把堆分為三個(gè)主要的域：新域、舊域以及永久域。Sun JVM生成的所有新對(duì)象放在新域中。一旦對(duì)象經(jīng)歷了一定數(shù)量的垃圾收集循環(huán)后，便獲得使用期并進(jìn)入舊域。在永久域中Sun JVM則存儲(chǔ)class和method對(duì)象。就配置而言，永久域是一個(gè)獨(dú)立域并且不認(rèn)為是堆的一部分。
下面介紹如何控制這些域的大小?？墒褂?Xms和-Xmx 控制整個(gè)堆的原始大小或最大值。
下面的命令是把初始大小設(shè)置為128M：
java ?Xms128m
?Xmx256m為控制新域的大小，可使用-XX:NewRatio設(shè)置新域在堆中所占的比例。
下面的命令把整個(gè)堆設(shè)置成128m，新域比率設(shè)置成3，即新域與舊域比例為1：3，新域?yàn)槎训?/4或32M：
java ?Xms128m ?Xmx128m
?XX:NewRatio =3可使用-XX:NewSize和-XX:MaxNewsize設(shè)置新域的初始值和最大值。
下面的命令把新域的初始值和最大值設(shè)置成64m:
java ?Xms256m ?Xmx256m ?Xmn64m
永久域默認(rèn)大小為4m。運(yùn)行程序時(shí)，Sun JVM會(huì)調(diào)整永久域的大小以滿足需要。每次調(diào)整時(shí)，Sun JVM會(huì)對(duì)堆進(jìn)行一次完全的垃圾收集。
使用-XX:MaxPerSize標(biāo)志來(lái)增加永久域的大小。在WebLogic Server應(yīng)用程序加載較多類時(shí)，經(jīng)常需要增加永久域的最大值。當(dāng)Sun JVM加載類時(shí)，永久域中的對(duì)象急劇增加，從而使Sun JVM不斷調(diào)整永久域大小。為了避免調(diào)整，可使用-XX:PerSize標(biāo)志設(shè)置初始值。
下面把永久域初始值設(shè)置成32m，最大值設(shè)置成64m。
java -Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:PermSize=32m -XX:MaxPermSize=64m
默認(rèn)狀態(tài)下，HotSpot在新域中使用復(fù)制收集器。該域一般分為三個(gè)部分。第一部分為Eden，用于生成新的對(duì)象。另兩部分稱為救助空間，當(dāng)Eden充滿時(shí)，收集器停止應(yīng)用程序，把所有可到達(dá)對(duì)象復(fù)制到當(dāng)前的from救助空間，一旦當(dāng)前的from救助空間充滿，收集器則把可到達(dá)對(duì)象復(fù)制到當(dāng)前的to救助空間。From和to救助空間互換角色。維持活動(dòng)的對(duì)象將在救助空間不斷復(fù)制，直到它們獲得使用期并轉(zhuǎn)入舊域。使用-XX:SurvivorRatio可控制新域子空間的大小。
同NewRation一樣，SurvivorRation規(guī)定某救助域與Eden空間的比值。比如，以下命令把新域設(shè)置成64m，Eden占32m，每個(gè)救助域各占16m：
java -Xms256m -Xmx256m -Xmn64m -XX:SurvivorRation =2
如前所述，默認(rèn)狀態(tài)下HotSpot對(duì)新域使用復(fù)制收集器，對(duì)舊域使用標(biāo)記－清除－壓縮收集器。在新域中使用復(fù)制收集器有很多意義，因?yàn)閼?yīng)用程序生成的大部分對(duì)象是短壽命的。理想狀態(tài)下，所有過(guò)渡對(duì)象在移出Eden空間時(shí)將被收集。如果能夠這樣的話，并且移出Eden空間的對(duì)象是長(zhǎng)壽命的，那么理論上可以立即把它們移進(jìn)舊域，避免在救助空間反復(fù)復(fù)制。但是，應(yīng)用程序不能適合這種理想狀態(tài)，因?yàn)樗鼈冇幸恍〔糠种虚L(zhǎng)壽命的對(duì)象。最好是保持這些中長(zhǎng)壽命的對(duì)象并放在新域中，因?yàn)閺?fù)制小部分的對(duì)象總比壓縮舊域廉價(jià)。為控制新域中對(duì)象的復(fù)制，可用-XX:TargetSurvivorRatio控制救助空間的比例（該值是設(shè)置救助空間的使用比例。如救助空間位1M，該值50表示可用500K）。該值是一個(gè)百分比，默認(rèn)值是50。當(dāng)較大的堆棧使用較低的sruvivorratio時(shí)，應(yīng)增加該值到80至90，以更好利用救助空間。用-XX:maxtenuring threshold可控制上限。
為放置所有的復(fù)制全部發(fā)生以及希望對(duì)象從eden擴(kuò)展到舊域，可以把MaxTenuring Threshold設(shè)置成0。設(shè)置完成后，實(shí)際上就不再使用救助空間了，因此應(yīng)把SurvivorRatio設(shè)成最大值以最大化Eden空間，設(shè)置如下：
java … -XX:MaxTenuringThreshold=0 ?XX:SurvivorRatio＝50000 …
4. BEA JRockit Sun JVM的使用
Bea WebLogic 8.1使用的新的Sun JVM用于Intel平臺(tái)。在Bea安裝完畢的目錄下可以看到有一個(gè)類似于jrockit81sp1_141_03的文件夾。這就是Bea新Sun JVM所在目錄。不同于HotSpot把Java字節(jié)碼編譯成本地碼，它預(yù)先編譯成類。JRockit還提供了更細(xì)致的功能用以觀察Sun JVM的運(yùn)行狀態(tài)，主要是獨(dú)立的GUI控制臺(tái)（只能適用于使用Jrockit才能使用jrockit81sp1_141_03自帶的console監(jiān)控一些cpu及memory參數(shù)）或者WebLogic Server控制臺(tái)。
Bea JRockit Sun JVM支持4種垃圾收集器：
4.1.1. 分代復(fù)制收集器
它與默認(rèn)的分代收集器工作策略類似。對(duì)象在新域中分配，即JRockit文檔中的nursery。這種收集器最適合單cpu機(jī)上小型堆操作。
4.1.2. 單空間并發(fā)收集器
該收集器使用完整堆，并與背景線程共同工作。盡管這種收集器可以消除中斷，但是收集器需花費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間尋找死對(duì)象，而且處理應(yīng)用程序時(shí)收集器經(jīng)常運(yùn)行。如果處理器不能應(yīng)付應(yīng)用程序產(chǎn)生的垃圾，它會(huì)中斷應(yīng)用程序并關(guān)閉收集。
分代并發(fā)收集器 這種收集器在護(hù)理域使用排它復(fù)制收集器，在舊域中則使用并發(fā)收集器。由于它比單空間共同發(fā)生收集器中斷頻繁，因此它需要較少的內(nèi)存，應(yīng)用程序的運(yùn)行效率也較高。注意，過(guò)小的護(hù)理域可以導(dǎo)致大量的臨時(shí)對(duì)象被擴(kuò)展到舊域中。這會(huì)造成收集器超負(fù)荷運(yùn)作，甚至采用排它性工作方式完成收集。
4.1.3.并行收集器
該收集器也停止其他進(jìn)程的工作，但使用多線程以加速收集進(jìn)程。盡管它比其他的收集器易于引起長(zhǎng)時(shí)間的中斷，但一般能更好的利用內(nèi)存，程序效率也較高。
默認(rèn)狀態(tài)下，JRockit使用分代并發(fā)收集器。要改變收集器，可使用-XGC: 注意：如果使用JRockit Sun JVM的話還可以使用WLS自帶的console（C:beajrockit81sp1_141_03bin下）來(lái)監(jiān)控一些數(shù)據(jù)，如cpu，memery等。要想能夠監(jiān)控必須在啟動(dòng)服務(wù)時(shí)startWeblogic.cmd中加入－Xmanagement參數(shù)。 5.如何從Sun JVM中獲取信息來(lái)進(jìn)行調(diào)整
-verbose.GC開關(guān)可顯示GC的操作內(nèi)容。打開它，可以顯示最忙和最空閑收集行為發(fā)生的時(shí)間、收集前后的內(nèi)存大小、收集需要的時(shí)間等。打開-xx:+ printGCdetails開關(guān)，可以詳細(xì)了解GC中的變化。打開-XX: + PrintGCTimeStamps開關(guān)，可以了解這些垃圾收集發(fā)生的時(shí)間，自Sun JVM啟動(dòng)以后以秒計(jì)量。最后，通過(guò)-xx: + PrintHeapAtGC開關(guān)了解堆的更詳細(xì)的信息。為了了解新域的情況，可以通過(guò)-XX:=PrintTenuringDistribution開關(guān)了解獲得使用期的對(duì)象權(quán)。 6.Pdm系統(tǒng)Sun JVM調(diào)整
6.1.服務(wù)器：前提內(nèi)存1G 單CPU
可通過(guò)如下參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：－server 啟用服務(wù)器模式（如果CPU多，服務(wù)器建議使用此項(xiàng)）
－Xms,－Xmx一般設(shè)為同樣大小。 800m
－Xmn 是將NewSize與MaxNewSize設(shè)為一致。320m
－XX:PerSize 64m
－XX:NewSize 320m 此值設(shè)大可調(diào)大新對(duì)象區(qū)，減少Full GC次數(shù)
－XX:MaxNewSize 320m
－XX:NewRato NewSize設(shè)了可不設(shè)。4
－XX: SurvivorRatio 4
－XX:userParNewGC 可用來(lái)設(shè)置并行收集
－XX:ParallelGCThreads 可用來(lái)增加并行度 4
－XXUseParallelGC 設(shè)置后可以使用并行清除收集器
－XX：UseAdaptiveSizePolicy 與上面一個(gè)聯(lián)合使用效果更好，利用它可以自動(dòng)優(yōu)化新域大小以及救助空間比值。
6.2.客戶機(jī)：通過(guò)在JNLP文件中設(shè)置參數(shù)來(lái)調(diào)整客戶端Sun JVM
JNLP中參數(shù)：initial-heap-size和max-heap-size
這可以在framework的RequestManager中生成JNLP文件時(shí)加入上述參數(shù)，但是這些值是要求根據(jù)客戶機(jī)的硬件狀態(tài)變化的（如客戶機(jī)的內(nèi)存大小等）。建議這兩個(gè)參數(shù)值設(shè)為客戶機(jī)可用內(nèi)存的60％（有待測(cè)試）。為了在動(dòng)態(tài)生成JNLP時(shí)以上兩個(gè)參數(shù)值能夠隨客戶機(jī)不同而不同，可考慮獲得客戶機(jī)系統(tǒng)信息并將這些嵌到首頁(yè)index.jsp中作為連接請(qǐng)求的參數(shù)。
在設(shè)置了上述參數(shù)后可以通過(guò)VisualGC 來(lái)觀察垃圾回收的一些參數(shù)狀態(tài)，再做相應(yīng)的調(diào)整來(lái)改善性能。一般的標(biāo)準(zhǔn)是減少fullGC的次數(shù)，最好硬件支持使用并行垃圾回收（要求多CPU）。
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