JVM的垃圾回收机制详解和调优

作者: okone96(http://okone96.itpub.net)
发表于: 2006.08.03 10:57
分类: JAVA
出处: http://okone96.itpub.net/post/9033/183743
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　　1. JVM的gc概述

　　gc即垃圾收集机制是指jvm用于释放那些不再使用的对象所占用的内存。java语言并不要求jvm有gc，也没有规定gc如何工作。不过常用的jvm都有gc，而且大多数gc都使用类似的算法管理内存和执行收集操作。

　　在充分理解了垃圾收集算法和执行过程后，才能有效的优化它的性能。有些垃圾收集专用于特殊的应用程序。比如，实时应用程序主要是为了避免垃圾收集中断，而大多数OLTP应用程序则注重整体效率。理解了应用程序的工作负荷和jvm支持的垃圾收集算法，便可以进行优化配置垃圾收集器。

　　垃圾收集的目的在于清除不再使用的对象。gc通过确定对象是否被活动对象引用，来确定是否收集该对象。gc首先要判断该对象是否是时候可以收集。两种常用的方法是引用计数和对象引用遍历。

　　1.1. 引用计数

　　引用计数存储对特定对象的所有引用数，也就是说，当应用程序创建引用以及引用超出范围时，jvm必须适当增减引用数。当某对象的引用数为0时，便可以进行垃圾收集。

　　1.2. 对象引用遍历

　　早期的jvm使用引用计数，现在大多数jvm采用对象引用遍历。对象引用遍历从一组对象开始，沿着整个对象图上的每条链接，递归确定可到达（reachable）的对象。如果某对象不能从这些根对象的一个（至少一个）到达，则将它作为垃圾收集。在对象遍历阶段，gc必须记住哪些对象可以到达，以便删除不可到达的对象，这称为标记（marking）对象。

　　下一步，gc要删除不可到达的对象。删除时，有些gc只是简单的扫描堆栈，删除未标记的对象，并释放它们的内存以生成新的对象，这叫做清除（sweeping）。这种方法的问题在于内存会分成好多小段，而它们不足以用于新的对象，但是组合起来却很大。因此，许多gc可以重新组织内存中的对象，并进行压缩（compact），形成可利用的空间。

　　为此，gc需要停止其他的活动。这种方法意味着所有与应用程序相关的工作停止，只有gc运行。结果，在响应期间增减了许多混杂请求。另外，更复杂的gc不断增加或同时运行，以减少或者清除应用程序的中断。有的gc使用单线程完成这项工作，有的则采用多线程以增加效率。


　　2. 几种垃圾回收机制

　　2.1. 标记－清除收集器

　　这种收集器首先遍历对象图并标记可到达的对象，然后扫描堆栈以寻找未标记对象并释放它们的内存。这种收集器一般使用单线程工作并停止其他操作。


　　2.2. 标记－压缩收集器

　　有时也叫标记－清除－压缩收集器，与标记－清除收集器有相同的标记阶段。在第二阶段，则把标记对象复制到堆栈的新域中以便压缩堆栈。这种收集器也停止其他操作。

　　2.3.复制收集器

　　这种收集器将堆栈分为两个域，常称为半空间。每次仅使用一半的空间，jvm生成的新对象则放在另一半空间中。gc运行时，它把可到达对象复制到另一半空间，从而压缩了堆栈。这种方法适用于短生存期的对象，持续复制长生存期的对象则导致效率降低。

　　2.4.增量收集器

　　增量收集器把堆栈分为多个域，每次仅从一个域收集垃圾。这会造成较小的应用程序中断。

　　2.5.分代收集器

　　这种收集器把堆栈分为两个或多个域，用以存放不同寿命的对象。jvm生成的新对象一般放在其中的某个域中。过一段时间，继续存在的对象将获得使用期，并转入更长寿命的域中。分代收集器对不同的域使用不同的算法以优化性能。

　　2.6.并发收集器

　　并发收集器与应用程序同时运行。这些收集器在某点上（比如压缩时），一般都不得不停止其他操作，以完成特定的任务，但是因为其他应用程序可进行其他的后台操作，所以中断其他处理的实际时间大大降低。

　　2.7.并行收集器

　　并行收集器使用某种传统的算法，并使用多线程并行地执行它们的工作。在多cpu机器上使用多线程技术可以显著的提高java应用程序区性的可扩展性。


　　3.Sun HotSpot 1.4.1 JVM堆大小的调整

　　Sun HotSpot 1.4.1使用分代收集器，它把堆分为三个主要的域：新域、旧域以及永久域。Jvm生成的所有新对象放在新域中。一旦对象经历了一定数量的垃圾收集循环后，便获得使用期并进入旧域。在永久域中jvm则存储class和method对象。就配置而言，永久域是一个独立域并且不认为是堆的一部分。

　　下面介绍如何控制这些域的大小。可使用-Xms和-Xmx 控制整个堆的原始大小或最大值。

　　下面的命令是把初始大小设置为128M：
java -Xms128m
-Xmx256m为控制新域的大小，可使用-XX:NewRatio设置新域在堆中所占的比例。

　　下面的命令把整个堆设置成128m，新域比率设置成3，即新域与旧域比例为1：3，新域为堆的1/4或32M：
java -Xms128m -Xmx128m
-XX:NewRatio =3可使用-XX:NewSize和-XX:MaxNewsize设置新域的初始值和最大值。

　　下面的命令把新域的初始值和最大值设置成64m:
java ?Xms256m ?Xmx256m ?Xmn64m
　　永久域默认大小为4m。运行程序时，jvm会调整永久域的大小以满足需要。每次调整时，jvm会对堆进行一次完全的垃圾收集。

　　使用-XX:MaxPerSize标志来增加永久域的大小。在WebLogic Server应用程序加载较多类时，经常需要增加永久域的最大值。当jvm加载类时，永久域中的对象急剧增加，从而使jvm不断调整永久域大小。为了避免调整，可使用-XX:PerSize标志设置初始值。

　　下面把永久域初始值设置成32m，最大值设置成64m。
java -Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:PermSize=32m -XX:MaxPermSize=64m

　　默认状态下，HotSpot在新域中使用复制收集器。该域一般分为三个部分。第一部分为Eden，用于生成新的对象。另两部分称为救助空间，当Eden充满时，收集器停止应用程序，把所有可到达对象复制到当前的from救助空间，一旦当前的from救助空间充满，收集器则把可到达对象复制到当前的to救助空间。From和to救助空间互换角色。维持活动的对象将在救助空间不断复制，直到它们获得使用期并转入旧域。使用-XX:SurvivorRatio可控制新域子空间的大小。

　　同NewRation一样，SurvivorRation规定某救助域与Eden空间的比值。比如，以下命令把新域设置成64m，Eden占32m，每个救助域各占16m：
java -Xms256m -Xmx256m -Xmn64m -XX:SurvivorRation =2

　　如前所述，默认状态下HotSpot对新域使用复制收集器，对旧域使用标记－清除－压缩收集器。在新域中使用复制收集器有很多意义，因为应用程序生成的大部分对象是短寿命的。理想状态下，所有过渡对象在移出Eden空间时将被收集。如果能够这样的话，并且移出Eden空间的对象是长寿命的，那么理论上可以立即把它们移进旧域，避免在救助空间反复复制。但是，应用程序不能适合这种理想状态，因为它们有一小部分中长寿命的对象。最好是保持这些中长寿命的对象并放在新域中，因为复制小部分的对象总比压缩旧域廉价。为控制新域中对象的复制，可用-XX:TargetSurvivorRatio控制救助空间的比例（该值是设置救助空间的使用比例。如救助空间位1M，该值50表示可用500K）。该值是一个百分比，默认值是50。当较大的堆栈使用较低的sruvivorratio时，应增加该值到80至90，以更好利用救助空间。用-XX:maxtenuring threshold可控制上限。

　　为放置所有的复制全部发生以及希望对象从eden扩展到旧域，可以把MaxTenuring Threshold设置成0。设置完成后，实际上就不再使用救助空间了，因此应把SurvivorRatio设成最大值以最大化Eden空间，设置如下：
java … -XX:MaxTenuringThreshold=0 ?XX:SurvivorRatio＝50000 …


　　4. BEA JRockit JVM的使用

　　Bea WebLogic 8.1使用的新的JVM用于Intel平台。在Bea安装完毕的目录下可以看到有一个类似于jrockit81sp1_141_03的文件夹。这就是Bea新JVM所在目录。不同于HotSpot把Java字节码编译成本地码，它预先编译成类。JRockit还提供了更细致的功能用以观察JVM的运行状态，主要是独立的GUI控制台（只能适用于使用Jrockit才能使用jrockit81sp1_141_03自带的console监控一些cpu及memory参数）或者WebLogic Server控制台。

　　Bea JRockit JVM支持4种垃圾收集器：

　　4.1.1. 分代复制收集器

　　它与默认的分代收集器工作策略类似。对象在新域中分配，即JRockit文档中的nursery。这种收集器最适合单cpu机上小型堆操作。

　　4.1.2. 单空间并发收集器

　　该收集器使用完整堆，并与背景线程共同工作。尽管这种收集器可以消除中断，但是收集器需花费较长的时间寻找死对象，而且处理应用程序时收集器经常运行。如果处理器不能应付应用程序产生的垃圾，它会中断应用程序并关闭收集。

　　分代并发收集器 这种收集器在护理域使用排它复制收集器，在旧域中则使用并发收集器。由于它比单空间共同发生收集器中断频繁，因此它需要较少的内存，应用程序的运行效率也较高。注意，过小的护理域可以导致大量的临时对象被扩展到旧域中。这会造成收集器超负荷运作，甚至采用排它性工作方式完成收集。

　　4.1.3.并行收集器

　　该收集器也停止其他进程的工作，但使用多线程以加速收集进程。尽管它比其他的收集器易于引起长时间的中断，但一般能更好的利用内存，程序效率也较高。

　　默认状态下，JRockit使用分代并发收集器。要改变收集器，可使用-Xgc:<gc_name>，对应四个收集器分别为gencopy，singlecon，gencon以及parallel。可使用-Xms和-Xmx设置堆的初始大小和最大值。要设置护理域，则使用-Xns:java ?jrockit ?Xms512m ?Xmx512m ?Xgc:gencon ?Xns128m…。尽管JRockit支持-verbose:gc开关，但它输出的信息会因收集器的不同而异。JRockit还支持memory、load和codegen的输出。

　　注意：如果使用JRockit JVM的话还可以使用WLS自带的console（C:beajrockit81sp1_141_03bin下）来监控一些数据，如cpu，memery等。要想能够监控必须在启动服务时startWeblogic.cmd中加入－Xmanagement参数。


　　5.如何从JVM中获取信息来进行调整

　　-verbose.gc开关可显示gc的操作内容。打开它，可以显示最忙和最空闲收集行为发生的时间、收集前后的内存大小、收集需要的时间等。打开-xx:+ printgcdetails开关，可以详细了解gc中的变化。打开-XX: + PrintGCTimeStamps开关，可以了解这些垃圾收集发生的时间，自jvm启动以后以秒计量。最后，通过-xx: + PrintHeapAtGC开关了解堆的更详细的信息。为了了解新域的情况，可以通过-XX:=PrintTenuringDistribution开关了解获得使用期的对象权。


　　6.Pdm系统JVM调整

　　6.1.服务器：前提内存1G 单CPU

　　可通过如下参数进行调整：－server 启用服务器模式（如果CPU多，服务器建议使用此项）

－Xms,－Xmx一般设为同样大小。　　　　　　800m
－Xmn 是将NewSize与MaxNewSize设为一致。　320m
－XX:PerSize　　　　　　　　　　　　　　　64m
－XX:NewSize　　　　　　320m 此值设大可调大新对象区，减少Full GC次数
－XX:MaxNewSize　　　　320m
－XX:NewRato　　　　　　NewSize设了可不设。4
－XX: SurvivorRatio　　　　4
－XX:userParNewGC　　　可用来设置并行收集
－XX:ParallelGCThreads　　可用来增加并行度 4
－XXUseParallelGC　　　　设置后可以使用并行清除收集器
－XX：UseAdaptiveSizePolicy　　　　与上面一个联合使用效果更好，利用它可以自动优化新域大小以及救助空间比值。

　　6.2.客户机：通过在JNLP文件中设置参数来调整客户端JVM

　　JNLP中参数：initial-heap-size和max-heap-size

　　这可以在framework的RequestManager中生成JNLP文件时加入上述参数，但是这些值是要求根据客户机的硬件状态变化的（如客户机的内存大小等）。建议这两个参数值设为客户机可用内存的60％（有待测试）。为了在动态生成JNLP时以上两个参数值能够随客户机不同而不同，可考虑获得客户机系统信息并将这些嵌到首页index.jsp中作为连接请求的参数。

　　在设置了上述参数后可以通过Visualgc 来观察垃圾回收的一些参数状态，再做相应的调整来改善性能。一般的标准是减少fullgc的次数，最好硬件支持使用并行垃圾回收（要求多CPU）。