JVM的垃圾回收機制詳解與調(diào)優(yōu)

這篇文章主要講解了“JVM的垃圾回收機制詳解與調(diào)優(yōu)”，文中的講解內(nèi)容簡單清晰，易于學(xué)習(xí)與理解，下面請大家跟著小編的思路慢慢深入，一起來研究和學(xué)習(xí)“JVM的垃圾回收機制詳解與調(diào)優(yōu)”吧！

1.JVM的gc概述

gc即垃圾收集機制是指jvm用于釋放那些不再使用的對象所占用的內(nèi)存。java語言并不要求jvm有g(shù)c，也沒有規(guī)定gc如何工作。不過常用的jvm都有g(shù)c，而且大多數(shù)gc都使用類似的算法管理內(nèi)存和執(zhí)行收集操作。

在充分理解了垃圾收集算法和執(zhí)行過程后，才能有效的優(yōu)化它的性能。有些垃圾收集專用于特殊的應(yīng)用程序。比如，實時應(yīng)用程序主要是為了避免垃圾收集中斷，而大多數(shù)OLTP應(yīng)用程序則注重整體效率。理解了應(yīng)用程序的工作負荷和jvm支持的垃圾收集算法，便可以進行優(yōu)化配置垃圾收集器。

垃圾收集的目的在于清除不再使用的對象。gc通過確定對象是否被活動對象引用來確定是否收集該對象。gc首先要判斷該對象是否是時候可以收集。兩種常用的方法是引用計數(shù)和對象引用遍歷。

1.1.引用計數(shù)
引用計數(shù)存儲對特定對象的所有引用數(shù)，也就是說，當(dāng)應(yīng)用程序創(chuàng)建引用以及引用超出范圍時，jvm必須適當(dāng)增減引用數(shù)。當(dāng)某對象的引用數(shù)為0時，便可以進行垃圾收集。

1.2.對象引用遍歷
早期的jvm使用引用計數(shù)，現(xiàn)在大多數(shù)jvm采用對象引用遍歷。對象引用遍歷從一組對象開始，沿著整個對象圖上的每條鏈接，遞歸確定可到達（reachable）的對象。如果某對象不能從這些根對象的一個（至少一個）到達，則將它作為垃圾收集。在對象遍歷階段，gc必須記住哪些對象可以到達，以便刪除不可到達的對象，這稱為標(biāo)記（marking）對象。

下一步，gc要刪除不可到達的對象。刪除時，有些gc只是簡單的掃描堆棧，刪除未標(biāo)記的未標(biāo)記的對象，并釋放它們的內(nèi)存以生成新的對象，這叫做清除（sweeping）。這種方法的問題在于內(nèi)存會分成好多小段，而它們不足以用于新的對象，但是組合起來卻很大。因此，許多gc可以重新組織內(nèi)存中的對象，并進行壓縮（compact），形成可利用的空間。

為此，gc需要停止其他的活動活動。這種方法意味著所有與應(yīng)用程序相關(guān)的工作停止，只有g(shù)c運行。結(jié)果，在響應(yīng)期間增減了許多混雜請求。另外，更復(fù)雜的gc不斷增加或同時運行以減少或者清除應(yīng)用程序的中斷。有的gc使用單線程完成這項工作，有的則采用多線程以增加效率。

2.幾種垃圾回收機制

2.1.標(biāo)記－清除收集器
這種收集器首先遍歷對象圖并標(biāo)記可到達的對象，然后掃描堆棧以尋找未標(biāo)記對象并釋放它們的內(nèi)存。這種收集器一般使用單線程工作并停止其他操作。

2.2.標(biāo)記－壓縮收集器
有時也叫標(biāo)記－清除－壓縮收集器，與標(biāo)記－清除收集器有相同的標(biāo)記階段。在第二階段，則把標(biāo)記對象復(fù)制到堆棧的新域中以便壓縮堆棧。這種收集器也停止其他操作。

2.3.復(fù)制收集器
這種收集器將堆棧分為兩個域，常稱為半空間。每次僅使用一半的空間，jvm生成的新對象則放在另一半空間中。gc運行時，它把可到達對象復(fù)制到另一半空間，從而壓縮了堆棧。這種方法適用于短生存期的對象，持續(xù)復(fù)制長生存期的對象則導(dǎo)致效率降低。

2.4.增量收集器
增量收集器把堆棧分為多個域，每次僅從一個域收集垃圾。這會造成較小的應(yīng)用程序中斷。

2.5.分代收集器
這種收集器把堆棧分為兩個或多個域，用以存放不同壽命的對象。jvm生成的新對象一般放在其中的某個域中。過一段時間，繼續(xù)存在的對象將獲得使用期并轉(zhuǎn)入更長壽命的域中。分代收集器對不同的域使用不同的算法以優(yōu)化性能。

2.6.并發(fā)收集器
并發(fā)收集器與應(yīng)用程序同時運行。這些收集器在某點上（比如壓縮時）一般都不得不停止其他操作以完成特定的任務(wù)，但是因為其他應(yīng)用程序可進行其他的后臺操作，所以中斷其他處理的實際時間大大降低。

2.7.并行收集器
并行收集器使用某種傳統(tǒng)的算法并使用多線程并行的執(zhí)行它們的工作。在多cpu機器上使用多線程技術(shù)可以顯著的提高java應(yīng)用程序的可擴展性。

3.Sun HotSpot 1.4.1 JVM堆大小的調(diào)整

Sun HotSpot 1.4.1使用分代收集器，它把堆分為三個主要的域：新域、舊域以及永久域。Jvm生成的所有新對象放在新域中。一旦對象經(jīng)歷了一定數(shù)量的垃圾收集循環(huán)后，便獲得使用期并進入舊域。在永久域中jvm則存儲class和method對象。就配置而言，永久域是一個獨立域并且不認為是堆的一部分。

下面介紹如何控制這些域的大小?？墒褂?Xms和-Xmx 控制整個堆的原始大小或最大值。
下面的命令是把初始大小設(shè)置為128M：
java –Xms128m
–Xmx256m為控制新域的大小，可使用-XX:NewRatio設(shè)置新域在堆中所占的比例。

下面的命令把整個堆設(shè)置成128m，新域比率設(shè)置成3，即新域與舊域比例為1：3，新域為堆的1/4或32M：
java –Xms128m –Xmx128m
–XX:NewRatio =3可使用-XX:NewSize和-XX:MaxNewsize設(shè)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設(shè)置成64m:
java –Xms256m –Xmx256m –Xmn64m
永久域默認大小為4m。運行程序時，jvm會調(diào)整永久域的大小以滿足需要。每次調(diào)整時，jvm會對堆進行一次完全的垃圾收集。

使用-XX:MaxPerSize標(biāo)志來增加永久域搭大小。在WebLogic Server應(yīng)用程序加載較多類時，經(jīng)常需要增加永久域的最大值。當(dāng)jvm加載類時，永久域中的對象急劇增加，從而使jvm不斷調(diào)整永久域大小。為了避免調(diào)整，可使用-XX:PerSize標(biāo)志設(shè)置初始值。
下面把永久域初始值設(shè)置成32m，最大值設(shè)置成64m。
java -Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:PermSize=32m -XX:MaxPermSize=64m

默認狀態(tài)下，HotSpot在新域中使用復(fù)制收集器。該域一般分為三個部分。第一部分為Eden，用于生成新的對象。另兩部分稱為救助空間，當(dāng)Eden充滿時，收集器停止應(yīng)用程序，把所有可到達對象復(fù)制到當(dāng)前的from救助空間，一旦當(dāng)前的from救助空間充滿，收集器則把可到達對象復(fù)制到當(dāng)前的to救助空間。From和to救助空間互換角色。維持活動的對象將在救助空間不斷復(fù)制，直到它們獲得使用期并轉(zhuǎn)入舊域。使用-XX:SurvivorRatio可控制新域子空間的大小。

同NewRation一樣，SurvivorRation規(guī)定某救助域與Eden空間的比值。比如，以下命令把新域設(shè)置成64m，Eden占32m，每個救助域各占16m：
java -Xms256m -Xmx256m -Xmn64m -XX:SurvivorRation =2

如前所述，默認狀態(tài)下HotSpot對新域使用復(fù)制收集器，對舊域使用標(biāo)記－清除－壓縮收集器。在新域中使用復(fù)制收集器有很多意義，因為應(yīng)用程序生成的大部分對象是短壽命的。理想狀態(tài)下，所有過渡對象在移出Eden空間時將被收集。如果能夠這樣的話，并且移出Eden空間的對象是長壽命的，那么理論上可以立即把它們移進舊域，避免在救助空間反復(fù)復(fù)制。但是，應(yīng)用程序不能適合這種理想狀態(tài)，因為它們有一小部分中長壽命的對象。最好是保持這些中長壽命的對象并放在新域中，因為復(fù)制小部分的對象總比壓縮舊域廉價。為控制新域中對象的復(fù)制，可用-XX:TargetSurvivorRatio控制救助空間的比例（該值是設(shè)置救助空間的使用比例。如救助空間位1M，該值50表示可用500K）。該值是一個百分比，默認值是50。當(dāng)較大的堆棧使用較低的sruvivorratio時，應(yīng)增加該值到80至90，以更好利用救助空間。用-XX:maxtenuring threshold可控制上限。

為放置所有的復(fù)制全部發(fā)生以及希望對象從eden擴展到舊域，可以把MaxTenuring Threshold設(shè)置成0。設(shè)置完成后，實際上就不再使用救助空間了，因此應(yīng)把SurvivorRatio設(shè)成最大值以最大化Eden空間，設(shè)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平臺。在Bea安裝完畢的目錄下可以看到有一個類似于jrockit81sp1_141_03的文件夾。這就是Bea新JVM所在目錄。不同于HotSpot把Java字節(jié)碼編譯成本地碼，它預(yù)先編譯成類。JRockit還提供了更細致的功能用以觀察JVM的運行狀態(tài)，主要是獨立的GUI控制臺（只能適用于使用Jrockit才能使用jrockit81sp1_141_03自帶的console監(jiān)控一些cpu及memory參數(shù)）或者WebLogic Server控制臺。

Bea JRockit JVM支持4種垃圾收集器：
4.1.1.分代復(fù)制收集器
它與默認的分代收集器工作策略類似。對象在新域中分配，即JRockit文檔中的nursery。這種收集器最適合單cpu機上小型堆操作。

4.1.2.單空間并發(fā)收集器
該收集器使用完整堆，并與背景線程共同工作。盡管這種收集器可以消除中斷，但是收集器需花費較長的時間尋找死對象，而且處理應(yīng)用程序時收集器經(jīng)常運行。如果處理器不能應(yīng)付應(yīng)用程序產(chǎn)生的垃圾，它會中斷應(yīng)用程序并關(guān)閉收集。

分代并發(fā)收集器 這種收集器在護理域使用排它復(fù)制收集器，在舊域中則使用并發(fā)收集器。由于它比單空間共同發(fā)生收集器中斷頻繁，因此它需要較少的內(nèi)存，應(yīng)用程序的運行效率也較高，注意，過小的護理域可以導(dǎo)致大量的臨時對象被擴展到舊域中。這會造成收集器超負荷運作，甚至采用排它性工作方式完成收集。

4.1.3.并行收集器
該收集器也停止其他進程的工作，但使用多線程以加速收集進程。盡管它比其他的收集器易于引起長時間的中斷，但一般能更好的利用內(nèi)存，程序效率也較高。

默認狀態(tài)下，JRockit使用分代并發(fā)收集器。要改變收集器，可使用-Xgc:，對應(yīng)四個收集器分別為gencopy，singlecon，gencon以及parallel?？墒褂?Xms和-Xmx設(shè)置堆的初始大小和最大值。要設(shè)置護理域，則使用-Xns:java –jrockit –Xms512m –Xmx512m –Xgc:gencon –Xns128m…盡管JRockit支持-verbose:gc開關(guān)，但它輸出的信息會因收集器的不同而異。JRockit還支持memory、load和codegen的輸出。

注意 ：如果 使用JRockit JVM的話還可以使用WLS自帶的console（C:beajrockit81sp1_141_03bin下）來監(jiān)控一些數(shù)據(jù)，如cpu，memery等。要想能構(gòu)監(jiān)控必須在啟動服務(wù)時startWeblogic.cmd中加入－Xmanagement參數(shù)。

5.如何從JVM中獲取信息來進行調(diào)整

-verbose.gc開關(guān)可顯示gc的操作內(nèi)容。打開它，可以顯示最忙和最空閑收集行為發(fā)生的時間、收集前后的內(nèi)存大小、收集需要的時間等。打開-xx:+ printgcdetails開關(guān)，可以詳細了解gc中的變化。打開-XX: + PrintGCTimeStamps開關(guān)，可以了解這些垃圾收集發(fā)生的時間，自jvm啟動以后以秒計量。最后，通過-xx: + PrintHeapAtGC開關(guān)了解堆的更詳細的信息。為了了解新域的情況，可以通過-XX:=PrintTenuringDistribution開關(guān)了解獲得使用期的對象權(quán)。

6.Pdm系統(tǒng)JVM調(diào)整

6.1.服務(wù)器：前提內(nèi)存1G 單CPU

可通過如下參數(shù)進行調(diào)整：－server 啟用服務(wù)器模式（如果CPU多，服務(wù)器機建議使用此項）

－Xms,－Xmx一般設(shè)為同樣大小。 800m
－Xmn 是將NewSize與MaxNewSize設(shè)為一致。320m
－XX:PerSize 64m
－XX:NewSize 320m 此值設(shè)大可調(diào)大新對象區(qū)，減少Full GC次數(shù)
－XX:MaxNewSize 320m
－XX:NewRato NewSize設(shè)了可不設(shè)。4
－XX: SurvivorRatio 4
－XX:userParNewGC 可用來設(shè)置并行收集
－XX:ParallelGCThreads 可用來增加并行度 4
－XXUseParallelGC 設(shè)置后可以使用并行清除收集器
－XX：UseAdaptiveSizePolicy 與上面一個聯(lián)合使用效果更好，利用它可以自動優(yōu)化新域大小以及救助空間比值

6.2.客戶機：通過在JNLP文件中設(shè)置參數(shù)來調(diào)整客戶端JVM

JNLP中參數(shù)：initial-heap-size和max-heap-size

這可以在framework的RequestManager中生成JNLP文件時加入上述參數(shù)，但是這些值是要求根據(jù)客戶機的硬件狀態(tài)變化的（如客戶機的內(nèi)存大小等）。建議這兩個參數(shù)值設(shè)為客戶機可用內(nèi)存的60％（有待測試）。為了在動態(tài)生成JNLP時以上兩個參數(shù)值能夠隨客戶機不同而不同，可靠慮獲得客戶機系統(tǒng)信息并將這些嵌到首頁index.jsp中作為連接請求的參數(shù)。

在設(shè)置了上述參數(shù)后可以通過Visualgc 來觀察垃圾回收的一些參數(shù)狀態(tài)，再做相應(yīng)的調(diào)整來改善性能。一般的標(biāo)準(zhǔn)是減少fullgc的次數(shù)，最好硬件支持使用并行垃圾回收（要求多CPU）。

感謝各位的閱讀，以上就是“JVM的垃圾回收機制詳解與調(diào)優(yōu)”的內(nèi)容了，經(jīng)過本文的學(xué)習(xí)后，相信大家對JVM的垃圾回收機制詳解與調(diào)優(yōu)這一問題有了更深刻的體會，具體使用情況還需要大家實踐驗證。這里是億速云，小編將為大家推送更多相關(guān)知識點的文章，歡迎關(guān)注！