JVM系列【6】GC與調優1

JVM系列筆記目錄

• 虛擬機的基礎概念
• class文件結構
• class文件加載過程
• jvm內存模型
• JVM常用指令
• GC與調優

GC基礎知識

• 什么是垃圾

​ 沒有任何引用指向的一個對象或多個對象(循環引用)

• 如何找到垃圾

  • 引用計數(ReferenceCount)，缺點：無法解決循環引用
  • 根可達算法(RootSearching)，從根開始查找，找到對象是有用的，找不到的對象為垃圾。

什么是根？ 注意結合上一篇博客 JVM系列【5】JVM常用指令-運行時數據區進行理解。

1. 線程棧變量 JVM Stack、native method stack
2. 靜態變量 static refercences in method area、Clazz
3. 常量池 runtime cosntant pool
4. JNI指針 c/c++ 指針

• 常見的垃圾回收算法

  1. 標記清除(mark sweep)

  缺點：位置不連續，產生碎片，效率偏低（需要進行兩遍掃描)

  適用情況：算法相對簡單，適用於存活對象比較多的情況
  

  2. 拷貝算法 (copying)

     說明：沒有碎片，浪費空間，復制移動對象，需要調整對象引用

     適用情況：適用於存活對象較少的情況 只掃描一次

     

  3. 標記壓縮(mark compact)

     說明：沒有碎片，效率偏低（兩遍掃描，指針需要調整）

  

• JVM堆內存分代模型(用於分代垃圾回收算法)

  堆內存分代模型是部分垃圾回收器使用的模型，除Epsilon ZGC Shenandoah 之外的GC都使用邏輯分代模型，但是G1 是邏輯分代 物理不分代，除此之外都是邏輯分代 而且物理分代。

  

  分代模型中，分新生代和老年代，比例是1:2

  1. 新生代 = Eden區+ 2個survivor區

     YGC回收后，大多數的對象會被回收，活着的進入s0；

     再次YGC，活着的對象eden+s0 進入s1；

     再次YGC，活着的對象eden+s1 進入s0；

     年齡足夠進入老年代，一般垃圾回收器是15，CMS是6；為什么一般垃圾回收器分代年齡是15？參考下 JVM系列【4】內存模型-對象頭的內容有哪些，對象頭中4位標識GC年齡，所以最大的年齡是2^4 -1 = 15；

     s 區裝不下，直接進入老年代。

  2. 老年代： 存放一些"頑固對象"，老年代滿了或是分配不下了會觸發FCG。

  3. 永久代(Permanent Generation，JDK1.7以前)/元數據區(MetaSpace，JDK1.8以后)：存放的是Class文件結構，永久代必須指定大小限制 ，元數據可以設置也可以不設置，無上限（受限於物理內存），字符串常量在1.7以前存放在永久代，1.8以后存放在堆中。

• 垃圾回收類型和對象分配過程

  1. 垃圾回收類型

     上一個點解釋了堆內存分代模型，這里統一下概念：MinorGC=YGC指的是新生代即Y區的垃圾回收，MajorGC=FGC指的是老年代分配不下或是滿了發生的GC，包括新生代和老年代。

  2. 對象如何分配

     在之前的博客中 JVM系列【4】內存模型-new Object()面試6連問-對象如何分配，簡單提過這一點。

​ 對照流程圖，分配過程：

	> 1. new對象后優先在棧上分配，棧上分配的對象`pop`后就消失；
	> 2. 是否是大對象(Y區分配不下的對象)？是就分配到O區，O區發生FGC后回收
	> 3. 不是大對象，優先分配TLAB(Thread Local Allocation Buffer線程本地分配緩存)上，分配不下就分配到Eden區 。

3. 了解棧上分配、TLAB、分配擔保機制和升代

   1. 哪些對象棧上分配？

      線程私有對象 、無逃逸對象即離開代碼塊就沒有引用的對象、支持標量替換的對象，如類中變量可以用基本變量替換。

   2. 線程本地分配Thread Local Allocation Buffer
      獨占eden空間，默認1%；多線程時候不用競爭eden就可以申請空間，提高效率；可分配小對象

   3. 分配擔保機制

      在新生代無法分配內存的時候，把新生代的對象轉移到老生代，然后把新對象放入騰空的新生代。參考

   4. 對象何時進入老年代？

      超過MaxTenuringThreshold指定的次數；

      根據動態年齡計算進入老年代，Survivor空間中年齡從小到大的對象進行累加，當加入某個年齡段后，累加和超過survivor區域*TargetSurvivorRatio（默認50%）的時候，就從這個年齡段往上的年齡的對象進行晉升到老年代。參考

• 常見的垃圾回收器

  常見的垃圾回收器有Serial/SerialOld、ParallelScavenge/ParallelOld、ParNew/CMS、G1、ZGC、Shenandoah、Epsilon。Serial/SerialOld、ParallelScavenge/ParallelOld、ParNew/CMS是分代的垃圾回收器，G1是邏輯上分代物理上不分代，ZGC和Shenandoah是不分代，Epsilon是JDK調試用的垃圾回收器。

  歷史：JDK誕生，Serial追隨，為了提供效率誕生PS,為配合CMS，誕生PN,CMS是1.4后期引入的，CMS是里程碑式的GC,但是CMS毛病比較多，因此目前沒有任何一個JDK版本默認CMS。

• Serial

  年輕代 串行回收

  

• SerialOld

  老年代 串行回收

  

• PS(ParallelScavenge)

  年輕代 並行回收

  

• PO(ParallelOld)

  老年代 並行回收

  

• PN(ParNew)

  年輕代 增強版PS配合CMS的並行回收。PN 和 PS區別？PN 響應時間優先；PS吞吐量優先

• CMS(ConcurrentMarkSweep)

  老年代並發的,垃圾回收和應用程序同時運行，降低STW的時間(200ms)；

  CMS問題比較多，所以現在沒有一個版本默認是CMS，只能手工指定；

  CMS既然是MarkSweep，就一定會有碎片化的問題，碎片到達一定程度，CMS的老年代分配對象分配不下的時候，使用SerialOld 進行老年代回收，STW無法忍受；

  • 如何解決碎片化：設定-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 默認開啟；設定-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，默認為0 指經過多少次FGC才進行壓縮。
  • 浮動垃圾問題解決？降低觸發CMS的閾值，保持老年代有足夠的空間；參數-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 指定使用CMS時老年代使用了指定閾值的內存后觸發FGC，建議68-92%

  使用的算法：三色標記+Increamental Update

• G1

  STW可以達到10ms

  算法：三色標記+SATB

• ZGC

  STW號稱可以達到1ms

  算法：顏色指針ColoredPointers + LoadBarrier

• Shenandaoh

  算法：ColoredPointers + WriteBarrier

• 垃圾回收器和內存大小的關系

  Serial 幾十兆

  PS 上百兆-幾個G

  CMS 20G左右

  G1 上百G

  ZGC 4T-16T(JDK13可以支持)

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