哈嘍，大家好，我是指北君。

最近項(xiàng)目一直在跑性能測(cè)試，看到程序的MinorGC頻率增高， 每分鐘GC時(shí)間增大，心里總是會(huì)忐忑，待會(huì)兒不會(huì)又有503吧。

前言

對(duì)于Java程序員來(lái)說(shuō)，GC總是繞不過(guò)去的一個(gè)知識(shí)點(diǎn)，總有那么一刻必然會(huì)用到這些內(nèi)容。

只是書(shū)到用時(shí)方恨少，需要進(jìn)行GC優(yōu)化的時(shí)候再去看GC的每一步的詳細(xì)內(nèi)容也難以快速完成任務(wù)。

這一篇內(nèi)容就只有滿滿的干貨，可以說(shuō)是拿來(lái)即用。下面我們廢話少說(shuō)，走起。

1.GC算法種類

目前OpenJDK中有以下幾種常見(jiàn)的GC算法。

• Serial GC
• Parallel GC
• CMS GC (Concurrent Mark & Sweep)
• G1 GC
• Z GC

目前大多數(shù)的人使用Java8居多。如果沒(méi)有明確指定GC算法，那么Java8會(huì)使用默認(rèn)Parallel GC。Java9開(kāi)始 ,默認(rèn)GC 是G1 GC算法。Java 17 默認(rèn)也是G1 GC，其中個(gè)別版本會(huì)有點(diǎn)差異。

下面是常用GC算法使用命令。

網(wǎng)上大多數(shù)人都對(duì)ZGC算法的性能比較稱贊，如果是使用Java11以上的版本，那么可以考慮使用ZGC。奈何大多數(shù)同學(xué)們包括筆者都在Java8中久久不能自拔，所以我們這一篇就避開(kāi)ZGC吧。

2. JVM的一些重要參數(shù)

JVM中的參數(shù)分為3類：

• 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（-），所有的JVM都必須實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)的功能，并且必須向后兼容. 如java -version等
• 非標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)（-X），默認(rèn)JVM實(shí)現(xiàn)這些功能，不保證所有的JVM都能使用，且不向后兼容。
• 非Stable參數(shù)（-XX），這些參數(shù)每個(gè)JVM實(shí)現(xiàn)都會(huì)不同，而且將來(lái)可能取消，需要謹(jǐn)慎使用

關(guān)于非標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，我們使用 java -X 命令 即可找到這些參數(shù)，

• -Xmn 新生代內(nèi)存大小，包括E區(qū)和兩個(gè)S區(qū)，使用方法如下：-Xmn65535，-Xmn2048k,-Xmn512m, -Xmn2g (-Xms,-Xmx 也是同一種寫(xiě)法)
• -Xms 初始堆的大小，堆大小的最小值，默認(rèn)值是物理內(nèi)存的1/64（小于1G）, 默認(rèn)情況下，如果堆中可用內(nèi)存小于40%時(shí)（調(diào)整參數(shù) -X:MinHeapFreeRatio=40），堆內(nèi)存會(huì)開(kāi)始增加，一直增加到-Xmx的大小
• -Xmx 堆的最大值，默認(rèn)是物理內(nèi)存的1/64，如果Xms和Xmx都不設(shè)置的話，兩者的大小會(huì)相同，默認(rèn)情況下，當(dāng)堆中可用內(nèi)存大于70%時(shí)（調(diào)整參數(shù) -X:MaxHeapFreeRatio=70），堆內(nèi)存會(huì)開(kāi)始減少，一直減少到-Xms的大小
• -Xss 線程的棧內(nèi)存，默認(rèn)時(shí)1m， 如果項(xiàng)目使用lombok過(guò)多的情況下，編譯的時(shí)候可能會(huì)有棧溢出，就需要配置多一點(diǎn)棧內(nèi)存。
• -XX:MaxTeurningThreashold 新生代存活對(duì)象晉升到老年代的年齡閾值，對(duì)象頭中存儲(chǔ)age用了4個(gè)bit，所以其最大值為15。默認(rèn)值是15，如果年輕代垃圾回收后總有一段時(shí)間內(nèi)存的占用仍然保持在某一個(gè)高位，過(guò)一段時(shí)間恢復(fù)正常。那么可以適當(dāng)降低年齡閾值，讓存活對(duì)象更早的進(jìn)入到老年代，提高年輕代的可用率。

3.使用哪種GC最合適

既然大多數(shù)同學(xué)都使用Java8，那么一定會(huì)在Parallel GC 和G1 GC中選擇了。

關(guān)于那種GC最合適，我們下面分別來(lái)看看。

3.1 如果選擇ParallelGC

ParallelGC是Java8的默認(rèn)GC算法，對(duì)于新生代其使用Parallel Scavenge （復(fù)制算法），老年代垃圾回收則不同。

有兩種組合：

• 使用 -XX:UseParallelGC 參數(shù)，新生代使用 Parallel Scavenge 垃圾回收算法 ，老年代使用PSMarkSweep（Serial Old）垃圾回收算法（標(biāo)記-整理算法）。
• 使用 -XX:UseParallelOldGC 參數(shù)， 新生代使用 Parallel Scavenge 垃圾回收算法，老年代使用Parallel Old垃圾回收算法（標(biāo)記整理算法）。

3.1.1 Parallel Scavenge

Parallel Scavenge 是新生代并行回收器，使用復(fù)制算法。主要關(guān)注的是吞吐量，吞吐量就是JVM運(yùn)行期間非垃圾回收用時(shí)百分比。

Parallel Scavenge 收集器控制吞吐量有兩個(gè)重要參數(shù)：

• 最大停頓時(shí)間 -XX:MaxGCPauseMills=100

其值為大于0的毫秒數(shù)，垃圾收集器盡可能保證回收的耗時(shí)不超過(guò)設(shè)定的值，但是并不是越小越好，如果值設(shè)置太小，那么GC的頻率會(huì)提高，這樣吞吐量就降低了。

• 控制吞吐量大小 -XX:GCTimeRatio=99

其值為0-100的整數(shù)，表示吞吐量，默認(rèn)值是99，表示允許1%的垃圾回收時(shí)間占比。

• -XX:UseAdaptiveSizePolicy 自動(dòng)調(diào)節(jié)新生代大小比例

啟用這個(gè)參數(shù)之后，JVM會(huì)根據(jù)當(dāng)前系統(tǒng)運(yùn)行情況收集監(jiān)控信息，動(dòng)態(tài)調(diào)整新生代的比例等等。如果設(shè)置了這個(gè)參數(shù)之后，就不需要在設(shè)置新生代大小，Eden以及 S0/S1的比例等參數(shù)。

3.1.2 Parallel Old

Parallel Old 是老年代垃圾回收器，負(fù)責(zé)Full GC ，是一個(gè)并行垃圾回收器，整理老年代的時(shí)候，是基于“標(biāo)記-整理”算法，

Parallel Old算法分為3各部分，

• Mark：將老年代的內(nèi)存，劃分為大小固定的多個(gè)連續(xù)的Region，標(biāo)記完存活對(duì)象之后，統(tǒng)計(jì)每個(gè)Region的存活對(duì)象數(shù)量。Mark階段采用串行標(biāo)記所有從GC Roots可直達(dá)的對(duì)象，并行標(biāo)記所有存活的對(duì)象。
• Summary：某個(gè)Region的密度 = 存活對(duì)象的內(nèi)存大小/Region內(nèi)存大小，Summary階段會(huì)從左向右計(jì)算各個(gè)Region的密度，然后找到一個(gè)平衡點(diǎn)，這個(gè)平衡點(diǎn)左側(cè)的Region都不會(huì)進(jìn)入下一個(gè)回收階段，另外一側(cè)的Region則需要進(jìn)入到下一個(gè)階段進(jìn)行回收。相當(dāng)于只回收部分Region，Summary階段是串行執(zhí)行階段。
• Compaction：利用Summary階段的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，針對(duì)需要整理的部分，采用“整理”算法進(jìn)行操作

-XX:+ScavengeBeforeFullGC ScavengBeforeFullGC 是 Parallel GC中的一個(gè)參數(shù)，默認(rèn)開(kāi)啟。其作用就是在一次FullGC之前先觸發(fā)一次Young GC 來(lái)清理新生代，以降低Full GC時(shí) STW的耗時(shí)，

3.1.3 ParallelGC調(diào)優(yōu)

Parallel GC會(huì)盡量去滿足如下目標(biāo)：（優(yōu)先級(jí)由高到低）

• 最大停頓時(shí)間目標(biāo)
• 吞吐量目標(biāo)
• 最小移動(dòng)目標(biāo)

對(duì)ParallelGC的調(diào)優(yōu)，其目標(biāo)應(yīng)盡可能避免Full GC, 這就需要優(yōu)化對(duì)象老年化的頻率，

使用ParallelGC時(shí)，垃圾收集的資源開(kāi)銷應(yīng)小于5%，如果已經(jīng)減少到1%甚至更少，基本上已經(jīng)達(dá)到極限了。

• Survivor調(diào)優(yōu)：ParallelGC可以自動(dòng)調(diào)整Survivor空間，大部分的程序使用自動(dòng)調(diào)整可以滿足要求，個(gè)別應(yīng)用在需要的情況下可以關(guān)閉自動(dòng)調(diào)整，進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。

-Xmn1024m   //新生代大小
-XX:-UseAdaptiveSizePolicy  //關(guān)閉自適應(yīng)調(diào)整

-XX:SurvivorRatio 可以調(diào)整新生代中Survivor與Eden區(qū)的比例，例如-XX:SurvivorRatio=6表示S(From) : S(To) : Eden = 1: 1: 6 。其默認(rèn)值為8

如果發(fā)現(xiàn)GC頻率過(guò)高，整體新生代又太小，可以增大新生代的大小，從而降低YoungGC的頻率和占用時(shí)間。

可以調(diào)小 SurvivorRatio的值，在整個(gè)新生代不變的情況下，會(huì)增大Survivor區(qū)的大?。‵rom和To同時(shí)增大）。一般情況下Eden區(qū)的大小應(yīng)該比Survivor大很多，如果大量對(duì)象都在一次YoungGC后就會(huì)回收清理，那么新生代Eden：From：To 為8：1：1就比較合適。如果說(shuō)很大部分對(duì)象的年齡都超過(guò)1，即需要在Survivor的From,To中來(lái)回轉(zhuǎn)換幾次之后才能被回收，那么此時(shí)可以適當(dāng)增大一下Survivor區(qū)的空間，并且可以將Survivor的空間使用率增大，避免對(duì)象年齡增長(zhǎng)過(guò)快，從而被移動(dòng)到老年代，造成FullGC。

-XX:-UseAdaptiveSizePolicy  //需要關(guān)閉Survivor自適應(yīng)
-XX:TargetSurvivorRatio=<n> //Suvivor空間的使用率，默認(rèn)是50%
-XX:MaxTenuringThreshold=15 //存活對(duì)象年齡，默認(rèn)15，

• 并行線程的優(yōu)化

-XX:ParallelGCThreads=<N> 

此參數(shù)設(shè)置年輕代并行收集器的線程數(shù)，一般與CPU數(shù)量相等，過(guò)多的線程數(shù)量會(huì)影響垃圾回收以及整個(gè)程序的性能。

默認(rèn)情況下，當(dāng)CPU的數(shù)量小于8，其值等于CPU數(shù)量

CPU數(shù)量大于8個(gè)，其值等于3+5*CPU數(shù)量 / 8

• 最大停頓時(shí)間

-XX:MaxGCPauseMills=<N> //最大停頓時(shí)間，值大于0的毫秒數(shù)

垃圾收集器為了將最大停頓時(shí)間控制在此參數(shù)內(nèi)，收集器會(huì)調(diào)整堆的大小和其他的參數(shù)。

對(duì)于用戶體驗(yàn)，停頓越短越好，在服務(wù)端，會(huì)比較注重高并發(fā)和高吞吐量。

• 控制吞吐量大小

-XX:GCTimeRatio=99 //吞吐量

其值為0-100的整數(shù)，表示吞吐量，默認(rèn)值是99，表示允許1%的垃圾回收時(shí)間占比。暫停時(shí)間越長(zhǎng)，那么垃圾回收占用的時(shí)間比越大，可能會(huì)超過(guò)前面的設(shè)定比例。

3.2 如果選擇G1

Garbage-First 垃圾回收器是服務(wù)器類型的垃圾回收器，主要針對(duì)大內(nèi)存多處理器機(jī)器。其主要目標(biāo)也是低暫停時(shí)間，高吞吐量，全局標(biāo)記。