哈嘍，大家好，我是指北君。

最近線上服務(wù)運(yùn)行比較緩慢，老大提出讓我進(jìn)行JVM優(yōu)化。GC的內(nèi)容很多，也不可能一時(shí)間全部都掌握，今天就要看看G1的一些知識(shí)，還有調(diào)優(yōu)時(shí)可調(diào)整的參數(shù)。

1.G1簡(jiǎn)介

G1的全稱為 Garbage First Garbage Collector, 是一款內(nèi)置在HotSpot JVM中的服務(wù)端垃圾收集器。

G1是作為CMS的替代產(chǎn)品出現(xiàn)的，其目標(biāo)是在滿足最短時(shí)間停頓的同時(shí)達(dá)到一個(gè)高吞吐量，適用于多核處理器，大內(nèi)存容量的系統(tǒng)。

其特點(diǎn)如下：

• 短停頓時(shí)間且可控。對(duì)內(nèi)存進(jìn)行分區(qū)，可以應(yīng)用在大內(nèi)存系統(tǒng)中，其使用了基于內(nèi)存的新生代收集和混合收集。
• 高吞吐量。設(shè)計(jì)了新的并發(fā)標(biāo)記線程，并發(fā)處理分區(qū)之間的引用關(guān)系，加快垃圾回收速度。

1.1分區(qū)

G1垃圾回收器將堆內(nèi)存劃分成固定大小的Region,下圖為G1內(nèi)存的分配示意圖，其中灰色格子代表一個(gè)region。

其中G1的分區(qū)可以分為4類：

• 自由分區(qū)（Free Heap Region， FHR）
• 新生代分區(qū)（Young Heap Region ， YHR） 新生代也分為Eden 和Survivor區(qū)
• 大對(duì)象分區(qū)（Humongous Heap Region，HHR） 大對(duì)象區(qū)可分為 大對(duì)象頭分區(qū)和大對(duì)象連續(xù)分區(qū)，大對(duì)象一般占Region的一半以上。
• 老生代分區(qū)（Old Heap Region，OHR）

Region可以在1MB~32MB,且為2的N次冪，設(shè)定分區(qū)大小有以下方法：

• 可以通過-XX:G1HeapReginotallow=<>來指定大小，默認(rèn)為0.
• 默認(rèn)情況下是將整個(gè)堆分為2048個(gè)Region。

1.1.1 新生代大小

新生代大小的設(shè)置如下：

• 如果設(shè)置了最大值 （MaxNewSize） 和最小值（NewSize）， Xmn 等價(jià)于MaxNewSize
• 如果設(shè)置了最大值和最小值，又設(shè)置了NewRatio 則忽略NewRatio
• 如果沒有設(shè)置新生代最大值和最小值，但是設(shè)置了NewRatio 則新生代的最大值最小值是相同的，都是整個(gè)堆空間的 （NewRatio+1）
• 如果沒有設(shè)置新生代最大值和最小值，或者只設(shè)置了最大值或者最小值中的一個(gè)，那么G1將根據(jù)參數(shù)G1MaxNewSizePrecent（默認(rèn)值60） 和 G1NewSizePercent （默認(rèn)值5）占整個(gè)堆空間的比例計(jì)算最大值和最小值。

關(guān)于堆大小的參數(shù)優(yōu)化：

• G1HeapRegionSize 可以指定堆的大小，可指定也可以有內(nèi)存管理啟發(fā)推斷分區(qū)大小。
• xms/xmx 指定堆空間的最小值/最大值， 一定要設(shè)置正確的值，否則會(huì)影響分區(qū)大小推斷。
• G1不要設(shè)置MaxNewSize，NewSize，Xmn, NewRatio，即不要顯示的設(shè)置年輕代的大小 。G1對(duì)內(nèi)存的管理不是連續(xù)的，所以即使重新分配一個(gè)堆分區(qū)的代價(jià)不大；G1的目標(biāo)滿足垃圾收集停頓，這需要G1根據(jù)停頓時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整收集的分區(qū)，如果設(shè)置了固定的分區(qū)數(shù)，G1不能調(diào)整新生代的大小，則不容易滿足停頓時(shí)間的需求。
• GCTimeRatio指的是GC與應(yīng)用程序之間的時(shí)間占比，默認(rèn)值是9，表示GC與程序的時(shí)間占比為90%，增大該值將減少GC占用時(shí)間，增大該值則動(dòng)態(tài)擴(kuò)展內(nèi)存會(huì)更容易發(fā)生。

2.G1  GC可優(yōu)化參數(shù)

G1提供了兩種GC模式，Young GC 和 Mixed GC 兩種GC都會(huì)有STW.

Young GC

主要是對(duì)Eden區(qū)進(jìn)行GC ，一般情況下，會(huì)在Eden Region使用達(dá)到最大閾值時(shí)，空間內(nèi)存不夠用時(shí)，觸發(fā)YoungGC。每次Young GC會(huì)回收所有的Eden 和Serviour區(qū)，并且將存活對(duì)象復(fù)制到Old區(qū)以及一些Survivor區(qū)。

Mixed GC

Mixed GC 會(huì)選取（并發(fā)標(biāo)記）所有的  Young Region和 回收收益較高的一些 Old Region， 然后進(jìn)行年輕代回收算法。

混合回收分為兩個(gè)階段。

• 并發(fā)標(biāo)記
• 垃圾回收

其中并發(fā)標(biāo)記階段可以分為以下幾個(gè)子階段：

• 初始標(biāo)記子階段：標(biāo)記所有直接可達(dá)的根對(duì)象，此階段會(huì)STW，
• 并發(fā)標(biāo)記子階段：YoungGC 執(zhí)行完成之后，如果滿足并發(fā)標(biāo)記的的條件（已分配及將要分配的內(nèi)存占總內(nèi)存的比例超過閾值之后），就進(jìn)行并發(fā)標(biāo)記，其中-XX:ConcGCThreads 控制并發(fā)標(biāo)記線程數(shù)量，一個(gè)線程每次掃描一個(gè)Region。此時(shí)標(biāo)記存活對(duì)象，
• 再標(biāo)記子階段：找出所有未被訪問的存活對(duì)象，此過程為并發(fā)執(zhí)行，并且會(huì)有STW，其中-XX:ParallelGCThreads可指定GC暫停時(shí)可用的GC線程數(shù)。
• 清理子階段：需要STW，存活對(duì)象計(jì)數(shù)，整理標(biāo)記位圖，釋放完全空閑的分區(qū)。

混合回收階段的參數(shù)優(yōu)化：

• 參數(shù)InitiatingHeapOccupancyPercent（IHOP），默認(rèn)值時(shí)45， 此值時(shí)啟動(dòng)并發(fā)標(biāo)記的先決條件，只有已分配內(nèi)存占總空間超過45%之后，才會(huì)啟動(dòng)并發(fā)標(biāo)記任務(wù)。增加此值，將導(dǎo)致并發(fā)標(biāo)記可能花費(fèi)更多的時(shí)間，也會(huì)讓YGC或者M(jìn)ixedGC時(shí)收集的分區(qū)變少，這樣就會(huì)導(dǎo)致更多的Full GC。這個(gè)值可以根據(jù)整體應(yīng)用占用的平均內(nèi)存來設(shè)置，可以把該值設(shè)置的比平均內(nèi)存稍微高一點(diǎn)。IHOP的設(shè)置效果很明顯，但是要設(shè)置合理的值并不容易，需要更多的性能測(cè)試來判斷。
• 參數(shù)G1ReservePercent， 默認(rèn)值是10，如果GC晉升失敗導(dǎo)致FullGC，則可以調(diào)大該值
• 參數(shù)ConcGCThreads為并發(fā)線程數(shù)，默認(rèn)值為0，如果未設(shè)置，可以動(dòng)態(tài)調(diào)整，并且使用ParallelGCThreads為依據(jù)來推斷，如果并發(fā)標(biāo)記耗時(shí)較大，可以增大并發(fā)線程數(shù)。
• HeapSizePerGCThread 默認(rèn)為64M，表示每64M分配一個(gè)線程
• 參數(shù)UseDynamicNumberOfGCThreads，默認(rèn)為false，設(shè)為true表示可以動(dòng)態(tài)調(diào)整線程數(shù)，調(diào)整范圍會(huì)根據(jù)最大線程數(shù)，HeapSizePerGCThread確定。
• 參數(shù)GCDrainStackTargetSize，默認(rèn)值為64，表示并發(fā)標(biāo)記子階段，一次標(biāo)記最多標(biāo)記的最多對(duì)象個(gè)數(shù)。
• 參數(shù)GCMixedGCLiveThresholdPercent 默認(rèn)值85，用于判斷分區(qū)能否被加入到CSet中，低于該值將會(huì)被加入。
• 參數(shù)G1HeapWastePercent 默認(rèn)值5，即當(dāng)Cset中可回收空間 占總空間的比例大于G1HeapWastePercent才會(huì)開始混合回收。
• 參數(shù)G1MixedGCCountTarget，默認(rèn)值為8，這個(gè)參數(shù)越大，收集老年代的分區(qū)越少，反之收集的分區(qū)就越多，盡量保持老年代分區(qū)在Cset中的比例超過1/G1MixedGCCountTarget。
• 參數(shù)G1OldCSetRegionThresholdPercent 默認(rèn)值為10，表示最多收集10%的分區(qū)。
• 參數(shù)G1ConcMarkStepDurationMillis 默認(rèn)值為10，表示每個(gè)并發(fā)標(biāo)記子階段最多執(zhí)行10ms

FullGC發(fā)生之后，基本都是串行回收. 如果不幸發(fā)生了FullGC， 那么我們能做的就是盡量讓FullGC盡快完成，然后降低其頻率。但是通常情況下，比較固定且較長(zhǎng)時(shí)間間隔的FullGC是被允許的。

那么FullGC相關(guān)也是有一些優(yōu)化調(diào)整的地方：

• 使用參數(shù)MinHeapFreeRatio 用于判斷是否可以擴(kuò)展堆空間，增大該值擴(kuò)展的概率就會(huì)變小。
• MaxHeapFreeRatio 判斷是否可以收縮空間，增大該值收縮的概率也會(huì)變小。
• MarkSweepAlwaysCompactCount 默認(rèn)值為4，這個(gè)值表示經(jīng)過一定次數(shù)的GC之后，允許當(dāng)前區(qū)域中一定比例的死亡對(duì)象當(dāng)作存活對(duì)象處理，暫時(shí)不回收，從而加快FullGC的處理流程。這個(gè)比例可以使用MarkSweepDeadRatio來修改，默認(rèn)值為5.

總結(jié)

以上是一些優(yōu)化參數(shù)的使用，至于具體調(diào)優(yōu)的目的要根據(jù)我們各個(gè)程序的要求。一般而言需要滿足最大的吞吐量和最小的暫停時(shí)間，GC頻率盡量低，堆空間的有效利用率高等。可調(diào)整的部分有內(nèi)存參數(shù)的優(yōu)化，引用的處理（Rset），并發(fā)標(biāo)記（Mark），垃圾回收部分。

Oracle官方有一些推薦調(diào)優(yōu)的方向：

• 針對(duì)年輕代的設(shè)置，盡量避免明確的設(shè)置年輕代的大小（使用-Xmn，-XX:NewRatio等），固定的年輕代大小會(huì)覆蓋最小停頓時(shí)間的目標(biāo)。
• 對(duì)于暫停時(shí)間的目標(biāo)，我們需要考慮平衡延遲和吞吐量，兩者不可兼得，所以需要找到一個(gè)最佳的平衡點(diǎn)。
• 混合回收階段的優(yōu)化參數(shù)可以考慮率使用  -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 修改內(nèi)存占用比（具體可以參考前文）， -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent 和 -XX:G1HeapWastePercent 改變混合垃圾回收的策略，-XX:G1MixedGCCountTarget  和 -XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent 調(diào)整老年代在CSet中的占比

參考：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/guides/vm/gctuning/g1_gc_tuning.html