本文基于《jvm性能权威指南》，总结了gc调优的相关知识点。然后希望能帮助大家快速上手jvm gc调优。
这里不对垃圾收集的原理进行详细介绍，只与性能调优相关。
一、垃圾收集器
1.各垃圾收集器主要特点
| 垃圾收集器 | 主要特点 | 启用参数 |
|---|---|---|
| Serial垃圾收集器 | Client模式默认垃圾收集器； 单线程回收； MinorGC和FullGC都会暂停应用线程。 |
-XX:+UseSerialGC |
| Parallel垃圾收集器 | Server模式默认垃圾收集器（jdk9前）； 使用多线程回收； MinorGC和FullGC都会暂停应用线程，FullGC会对老年代空间进行压缩整理。 |
-XX:+UseParallelGC， -XX:+UseParallelOldGC |
| CMS垃圾收集器 | 使用多线程回收； MinorGC和老年代并发回收阶段暂停应用线程，会有空间碎片化问题。 |
-XX:+UseParNewGC， -XX:+UseConcMarkSweepGC |
| G1垃圾收集器 | jdk9后默认垃圾收集器； 使用非连续的区块的方式管理堆内存； 多线程并行回收； MinorGC和老年代并发回收部分阶段暂停应用线程。 |
-XX:+UseG1GC |
2.如何选择垃圾收集器
- 小内存应用直接使用Serial，稳定高效
- 大部分应用在Parallel和CMS中选择：
- Parallel+Parallel old组合主要关注吞吐量，适用批处理任务
- 在CPU资源充足的情况下使用CMS（CMS只使用老年代，需要配合serial/parallel new）
- CPU资源受限时CMS会发生并发模式失效的问题，退化到Serial Old
- 一般情况下，堆空间小于4G时，CMS比G1性能好，但超大堆下G1性能更好
二、GC调优基础
1.分析工具
所有调优都是建立在对堆内存的使用情况有一定的了解的基础上，所以我们首先需要使用一些工具对我们的java应用进行监控和分析，来了解到底出现了什么问题：
- GC日志
- -XX:+PrintGCDetails：打印GC日志
- -XX:+PrintGCTimeStamps：GC日志打印时间戳
- 堆实时监控
- 使用jstat -gcutil PID 1000 指令：每秒打印堆内存实时信息及GC情况
2.调整堆大小
- 考虑维度：
- GC频率：过频繁时需要增大堆大小
- 单次GC耗时：耗时过长需要考虑控制堆大小
- GC在整个时间中所占百分比
- FullGC后剩余可用空间：普遍经验为70%可用
- 调优参数：
- -Xms=N、-Xmx=N：堆初始值和最大值
- -Xmn=N：设置固定新生代大小
- -XX:NewRatio=N：设置新生代与老年代空间占用比（此值为分母）
- -XX:NewSize=N、-XX:MaxNewSize=N：设置新生代初始和最大值
3.永久代和元空间
- 元空间默认会使用尽可能多的空间，因此不用过于关注
- 永久代（jdk7及之前）
- -XX:PermSize=N、-XXMaxPermSize=N：设置固定永久代大小和最大值
- 元空间（jdk8以后）
- -XX:MetaspaceSize=N、-XX:MaxMetaspaceSize=N：设置固定元空间大小和最大值
4.控制并发
- 控制线程数：-XX:ParallelGCThreads=N，影响多线程操作：
- Parallel 收集新生代和老年代
- CMS：新生代收集（ParNewGC）、并发收集STW阶段（非FullGC）
- G1 新生代收集、STW阶段（非FullGC）
- 默认线程数计算（n为cpu线程数）：ParallelGCThreads = 8 + ( ( N-8 ) * 5 / 8 )
- 当机器CPU线程数比较多，此时默认线程数会比较大，而又同时运行多个jvm实例，这时需要手动控制线程数，避免过多垃圾回收线程并发运行。
5.自适应调整
JVM会自己根据以往的性能历史进行性能参数调整
- -XX:-UseAdaptiveSizePolicy：关闭自适应调整功能（默认开启）
- -XX:+PrintAdaptiveSizePolicy：打印自动调整信息
三、进阶调优
1. Parallel GC
- Parallel收集器会根据指标自适应调整堆大小
- -XX:MaxGCPauseMillis=N：设置最大停顿时间
- 倾向于降低老年代大小，可能会触发频繁FullGC
- -XX:GCTimeRatio=N：设置应用线程运行时间与垃圾回收时间之比（默认99）
- N = 应用时间占比 / (1 - 应用时间占比 )
- N=99时，表示GC占总时间1%
- 倾向于增大堆大小
- -XX:MaxGCPauseMillis=N：设置最大停顿时间
2. CMS
- 退化为FullGC的情况：
- 并发模式失效：新生代发生垃圾回收，而老年代没有足够空间容纳晋升对象
- 晋升失败：老年代有足够空间容纳晋升对象，但是由于空间碎片化导致晋升失败
- 永久代空间用尽
- 控制并发周期启动时机
- -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly：不自动调整CMS垃圾收集周期（默认false）
- -XX:CMSInitiationOccupancyFraction=N：触发并发收集周期的老年代空间占用比阈值（默认70）
- 不要将阈值设置得过低，至少要比堆内活跃数据数多10%~20%，频繁的并发周期中的STW会导致总体停顿过多
- 调整CMS后台线程
- -XX:ConcGCThreads=N：后台线程数目
- 默认根据ParallelGCThreads值计算得来：N = ( 3 + ParallelGCThreads ) / 4
- -XX:ConcGCThreads=N：后台线程数目
3. G1
- 退化为FullGC的情况：
- 并发模式失效：（参考cms）
- 晋升失败：（参考cms）
- 疏散失败：进行新生代垃圾收集时，Suvivor空间和老年代空间没有足够空间容纳幸存对象
- 巨型对象分配失败：对象所需内存过大，超过了单个区块内存大小（或其他限制）
- 调整G1后台线程数
- -XX:ConcGCThreads=N：后台线程数目
- 默认根据ParallelGCThreads值计算得来：N = ( 2 + ParallelGCThreads ) / 4
- -XX:ConcGCThreads=N：后台线程数目
- 调整垃圾收集频率
- -XX:InitiationHeapOccupancyPercent=N：触发并发收集周期的堆内存占用比阈值（默认45）
- 调整混合式垃圾收集周期
- -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=N：触发分区回收标记的分区垃圾占比阈值
- -XX:G1MixedGCCountTarget=N：最大混合式GC周期数（默认8）
- 减少此值可以帮助解决晋升失败问题，代价是混合式GC周期停顿时间更长
- -XX:MaxGCPauseMillis=N：设置最大停顿时间（默认200ms）
4. Survivor空间及晋升：
- 设置Survivor空间大小
- -XX:InitialSurvivorRatio=N：初始Survivor空间大小占比（N为分母）
- survivor空间大小 = new_size / ( InitialSurvivorRatio + 2 )
- -XX:MinSurvivorRatio=N：Survivor最大大小（注意由于N是分母，虽然参数是min，但是却是设置的最大值）
- -XX:InitialSurvivorRatio=N：初始Survivor空间大小占比（N为分母）
- 自动调节
- -XX:TargetSurvivorRatio=N：垃圾回收后空闲空间占比
- 晋升阈值：对象在Survivor空间之间来回移动多少个GC周期后晋升到老年代
- -XX:InitialTenuringThreshold=N：初始晋升阈值
- -XX:MaxTenuringThreshold=N：最大晋升阈值
- JVM会持续的计算，在1和最大晋升阈值中选择合适的值
