介绍并调优JVM GC(Garbage Collection)

调整JVM GC(Garbage Collection)，可以极大的减少由于GC工作，而导致的程序运行中断方面的问题，进而适当的提高Java程序的工作效率。 但是调整GC是以个极为复杂的过程，由于各个程序具备不同的特点，如：web和GUI程序就有很大区别（Web可以适当的停顿，但GUI停顿是客户无法接受的），而且由于跑在各个机器上的配置不同（主要cup个数，内存不同），所以使用的GC种类也会不同。接下来，我简单介绍一下如何调整GC。

     首先说一下如何监视GC，你可以使用我以前文章中提到的JDK中的jstat工具 ，也可以在java程序启动的opt里加上如下几个参数（注:这两个参数只针对SUN的HotSpot VM）：

    -XX:-PrintGC     Print messages at garbage collection. Manageable.
    -XX:-PrintGC Details     Print more details at garbage collection. Manageable. (Introduced in 1.4.0.)
    -XX:-PrintGCTimeStamps     Print timestamps at garbage collection. Manageable (Introduced in 1.4.0.)

   当把-XX:-PrintGC Details 加入到java opt里以后可以看见如下输出：

    [GC [DefNew: 34538K->2311K(36352K), 0.0232439 secs] 45898K->15874K(520320K), 0.0233874 secs]
    [Full GC [Tenured: 13563K->15402K(483968K), 0.2368177 secs] 21163K->15402K(520320K), [Perm : 28671K->28635K(28672K)], 0.2371537 secs]

    他们分别显示了GC的过程，清理出了多少空间。第一行GC使用的是 ‘普通GC’(Minor Collections)，第二行使用的是 ‘全GC’(Major Collections)。他们的区别很大，在第一行最后我们可以看见他的时间是0.0233874秒，而第二行的Full GC的时间是0.2371537秒。第二行的时间是第一行的接近10倍，也就是我们这次调优的重点，减少Full GC 的次数，以为Full GC 会暂停程序比较长的时间，如果Full GC 的次数比较多。程序就会经常性的假死。当然这只是他们的表面现象，接下来我仔细介绍一下GC，和 Full GC（为后面的调优做准备）。

      我们知道Java和C++的区别主要是，Java不需要像c++那样，由程序员主动的释放内存。而是由JVM里的GC(Garbage Collection)来，在适当的时候替我们释放内存。GC 的内部工作，即GC的算法有很多种, 如：标记清除收集器，压缩收集器，分代收集器等等。现在比较常用的是分代收集（也是SUN VM使用的） ，即将内存分为几个区域，将不同生命周期的对象放在不同区域里（新的对象会先 生成在Young area，在几次ＧＣ以后，如过没有收集到，就会逐渐升级到Tenured area）。在GC收集的时候，频繁收集生命周期短的区域(Young area)，因为这个区域内的对象生命周期比较短，GC 效率也会比较高。而比较少的收集生命周期比较长的区域(Old area or Tenured area)，以及基本不收集的永久区(Perm area)。
     注：Young area又分为三个区域分别叫Eden，和俩个Survivor spaces。Eden用来存放新的对象，Survivor spaces用于 新对象 升级到 Tenured area时的 拷贝 。
     我们管收集 生命周期短的区域(Young area) 的收集叫 GC ，而管收集 生命周期比较长的区域(Old area or Tenured area)的收集叫 Full GC ，因为他们的收集算法不同，所以使用的时间也会不同 。我们要尽量减少 Full GC 的次数。

      接下来介绍一下 HotSpot VM GC 的种类，GC在 HotSpot VM 5.0里有四 种。一种是默认的叫 serial collector， 另外几种分别叫throughput collector ，concurrent low pause collecto r， incremental (sometimes called train) low pause collector（废弃掉了） 。以下是SUN的官方说明： 

   1. The throughput collector: this collector uses a parallel version of the young generation collector. It is used if the -XX:+UseParallelGC option is passed on the command line. The tenured generation collector is the same as the serial collector.
   2. The concurrent low pause collector: this collector is used if the -Xincgc™ or -XX:+UseConcMarkSweepGC is passed on the command line. The concurrent collector is used to collect the tenured generation and does most of the collection concurrently with the execution of the application. The application is paused for short periods during the collection. A parallel version of the young generation copying collector is used with the concurrent collector. The concurrent low pause collector is used if the option -XX:+UseConcMarkSweepGC is passed on the command line.
   3. The incremental (sometimes called train) low pause collector: this collector is used only if -XX:+UseTrainGC is passed on the command line. This collector has not changed since the J2SE Platform version 1.4.2 and is currently not under active development. It will not be supported in future releases. Please see the 1.4.2 GC Tuning Document for information on this collector.

       简单来说就是throughput collector和concurrent low pause collector:使用多线程的方式，利用多CUP来提高GC的效率 ，而throughput collector与concurrent low pause collector的区别是throughput collector只在young area使用使用多线程，而concurrent low pause collector则在tenured generation也使用多线程。

        根据官方文档，他们俩个需要在多CPU的情况下，才能发挥作用 。在一个CPU的情况下，会不如默认的serial collector，因为线程管理需要耗费CPU资源。而在两个CPU的情况下，也挺高不大。只是在更多CPU的情况下，才会有所提高。当然 concurrent low pause collector有一种模式可以在CPU较少的机器上，提供尽可能少的停顿的模式，见下文。

        当要使用throughput collector时，在java opt里加上-XX:+UseParallelGC，启动throughput collector收集。也可加上-XX:ParallelGCThreads=<desired number>来改变线程数。还有两个参数 -XX:MaxGCPauseMillis=<nnn>和 -XX:GCTimeRatio=<nnn>，MaxGCPauseMillis=<nnn>用来控制最大暂停时间，而-XX: GCTimeRatio可以提高GC说占CPU的比，以最大话的减小heap。

      当要使用 concurrent low pause collector时，在java的opt里加上 -XX:+UseConcMarkSweepGC。 concurrent low pause collector还有一种为CPU少的机器准备的模式，叫Incremental mode。这种模式使用一个CPU来在程序运行的过程中GC，只用很少的时间暂停程序，检查对象存活。

        在Incremental mode里，每个收集过程中，会暂停两次，第二次略长。第一次用来，简单从root查询存活对象。第二次用来，详细检查存活对象。整个过程如下： 

    * stop all application threads; do the initial mark; resume all application threads（第一次暂停，初始话标记）
    * do the concurrent mark (uses one procesor for the concurrent work)（运行是标记）
    * do the concurrent pre-clean (uses one processor for the concurrent work)（准备清理）
    * stop all application threads; do the remark; resume all application threads（第二次暂停，标记，检查）
    * do the concurrent sweep (uses one processor for the concurrent work)(运行过程中清理)
    * do the concurrent reset (uses one processor for the concurrent work)(复原)

       当要使用Incremental mode时，需要使用以下几个变量：
       -XX:+CMSIncrementalMode default: disabled 启动i-CMS模式（must with -

XX:+UseConcMarkSweepGC）
       -XX:+CMSIncrementalPacing default: disabled 提供自动校正功能
       -XX:CMSIncrementalDutyCycle=<N> default: 50 启动CMS的上线
       -XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=<N> default: 10 启动CMS的下线
       -XX:CMSIncrementalSafetyFactor=<N> default: 10 用来计算循环次数
       -XX:CMSIncrementalOffset=<N> default: 0 最小循环次数（This is the percentage (0-

100) by which the incremental mode duty cycle is shifted to the right within the period

between minor collections.）
       -XX:CMSExpAvgFactor=<N> default: 25 提供一个指导收集数

      SUN推荐的使用参数是：

        -XX:+UseConcMarkSweepGC \
        -XX:+CMSIncrementalMode \
        -XX:+CMSIncrementalPacing \
        -XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=0 \
        -XX:CMSIncrementalDutyCycle=10 \
        -XX:+PrintGC Details \
        -XX:+PrintGCTimeStamps \
        -XX:-TraceClassUnloading

       注：如果使用throughput collector和concurrent low pause collector，这两种垃圾收集器，需要适当的挺高内存大小，以为多线程做准备。