【深入理解JVM】CMS垃圾收集器

GC 问题处理能力能不能系统性掌握?一些影响因素都是互为因果的问题该怎么分析?比如一个服务 RT 突然上涨,有 GC 耗时增大、线程 Block 增多、慢查询增多、CPU 负载高四个表象,到底哪个是诱因?如何判断 GC 有没有问题?使用 CMS 有哪些常见问题?如何判断根因是什么?如何解决或避免这些问题?阅读完本文,相信你将会对 CMS GC 的问题处理有一个系统性的认知,更能游刃有余地解决这些问题,下面就让我们开始吧!

前言

想要系统性地掌握 GC 问题处理,笔者这里给出一个学习路径,整体文章的框架也是按照这个结构展开,主要分四大步。

  • 建立知识体系: 从 JVM 的内存结构到垃圾收集的算法和收集器,学习 GC 的基础知识,掌握一些常用的 GC 问题分析工具。

  • 确定评价指标: 了解基本 GC 的评价方法,摸清如何设定独立系统的指标,以及在业务场景中判断 GC 是否存在问题的手段。

  • 场景调优实践: 运用掌握的知识和系统评价指标,分析与解决九种 CMS 中常见 GC 问题场景。

  • 总结优化经验: 对整体过程做总结并提出笔者的几点建议,同时将总结到的经验完善到知识体系之中。

1. GC 基础

在正式开始前,先做些简要铺垫,介绍下 JVM 内存划分、收集算法、收集器等常用概念介绍,基础比较好的同学可以直接跳过这部分。

2.1 基础概念

  • GC: GC 本身有三种语义,下文需要根据具体场景带入不同的语义:

    • Garbage Collection:垃圾收集技术,名词。

    • Garbage Collector:垃圾收集器,名词。

    • Garbage Collecting:垃圾收集动作,动词。

  • Mutator: 生产垃圾的角色,也就是我们的应用程序,垃圾制造者,通过 Allocator 进行 allocate 和 free。
  • TLAB: Thread Local Allocation Buffer 的简写,基于 CAS 的独享线程(Mutator Threads)可以优先将对象分配在 Eden 中的一块内存,因为是 Java 线程独享的内存区没有锁竞争,所以分配速度更快,每个 TLAB 都是一个线程独享的。
  • Card Table: 中文翻译为卡表,主要是用来标记卡页的状态,每个卡表项对应一个卡页。当卡页中一个对象引用有写操作时,写屏障将会标记对象所在的卡表状态改为 dirty,卡表的本质是用来解决跨代引用的问题。具体怎么解决的可以参考 StackOverflow 上的这个问题 how-actually-card-table-and-writer-barrier-works,或者研读一下 cardTableRS.app 中的源码。

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