有哪些學(xué)習(xí)Java GC的基礎(chǔ)

本篇內(nèi)容主要講解“有哪些學(xué)習(xí)Java GC的基礎(chǔ)”，感興趣的朋友不妨來(lái)看看。本文介紹的方法操作簡(jiǎn)單快捷，實(shí)用性強(qiáng)。下面就讓小編來(lái)帶大家學(xué)習(xí)“有哪些學(xué)習(xí)Java GC的基礎(chǔ)”吧!

目錄（Java GC 學(xué)習(xí)實(shí)踐）

1. 淺談基礎(chǔ)

• 1.1 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)(Java 1.8)

• 1.2 垃圾收集算法

• 1.3 垃圾收集器

2. 解析 GC 日志

3. JVM 監(jiān)控工具

4. Linux 監(jiān)控相關(guān)

一、淺談基礎(chǔ)

1. 運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)區(qū)

1.1 程序計(jì)數(shù)器

• （Program Counter Register）【線程隔離】

• 可簡(jiǎn)單理解為當(dāng)前線程所執(zhí)行的字節(jié)碼行號(hào)指示器；

• 如果是java方法，計(jì)數(shù)器記錄指向虛擬機(jī)字節(jié)碼指令地址；如果是native方法，計(jì)數(shù)器值為undefined；

• 【異常相關(guān)】唯一一個(gè)沒(méi)規(guī)定OOM的區(qū)域。

1.2 虛擬機(jī)棧

• （VM Stack）【線程隔離】

• 其描述的是Java方法執(zhí)行的內(nèi)存模型：【重點(diǎn)】每個(gè)方法執(zhí)行的過(guò)程都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀（Stack Frame）用于存儲(chǔ)局部變量表、操作數(shù)棧、動(dòng)態(tài)鏈接、方法出口等信息。方法調(diào)用到執(zhí)行結(jié)束，對(duì)應(yīng)著一個(gè)棧幀在虛擬機(jī)棧中入棧到出棧的過(guò)程；

• 【異常相關(guān)】如果線程請(qǐng)求的棧深度大于虛擬機(jī)所允許的深度，將拋出StackOverflowError異常。方法每次調(diào)用都會(huì)創(chuàng)建一個(gè)棧幀，然后棧幀壓棧，總不能無(wú)限壓棧吧（初看沒(méi)看懂，搜了下，發(fā)現(xiàn)也有人沒(méi)看懂，心里平衡點(diǎn)）；

• 【異常相關(guān)】大部分虛擬機(jī)棧都可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，如果擴(kuò)展時(shí)無(wú)法申請(qǐng)到足夠的內(nèi)存，就會(huì)OOM。

• 代碼示例，見(jiàn)文末 code01.StackOverflowError

1.3 本地方法棧

• （Native Method Stack）【線程隔離】

• 與虛擬機(jī)棧的區(qū)別是，虛擬機(jī)棧執(zhí)行java方法（字節(jié)碼）服務(wù)；本非方法棧則為native方法服務(wù)；

• 【異常相關(guān)】StackOverflowError、OOM。

1.4 堆

• （Heap）【線程共享】

• GC堆（垃圾堆），是垃圾收集器管理的主要區(qū)域；

• java1.8之后【年輕代、老年代】。

• 代碼示例，見(jiàn)文末 code02.OOM-heap

1.5 元數(shù)據(jù)區(qū)

• （Metaspace）【線程共享】

• jvm config example: -XX:MetaspaceSize=8m -XX:MaxMetaspaceSize=50m

• 元數(shù)據(jù)區(qū)取代了永久代，本質(zhì)上都是方法區(qū)的實(shí)現(xiàn)，用來(lái)存放虛擬機(jī)加載的類信息、常量、靜態(tài)變量、JIT編譯后的代碼。

• 代碼示例，見(jiàn)文末 code03.OOM-metaspace

2. 垃圾收集算法

• 對(duì)象在否？引用計(jì)數(shù)算法、可達(dá)性分析算法

• 標(biāo)記-清除算法（先標(biāo)記，再清除，清除后空間不連續(xù)，產(chǎn)生大量?jī)?nèi)存碎片）

• 復(fù)制算法

• 年輕代：Eden : Survivor = 1:8，會(huì)有10%的內(nèi)存“閑置”；

• 每次GC后，存活的對(duì)象都會(huì)放在剩余的10%內(nèi)存中，也就是To Survivor；

• 當(dāng)然，如果剩余的10%內(nèi)存不夠用呢，就需要依賴?yán)夏甏M(jìn)行分配擔(dān)保。

• 標(biāo)記-整理算法

• 如果對(duì)象存活率較高，那么復(fù)制算法就不好用了；

• 標(biāo)記-清除算法之后，將所有存活的對(duì)象都向一端移動(dòng)，然后清理掉邊界以外的內(nèi)存。

• 分代收集算法

• 典型就是分為新生代和老年代

• 新生代，存活率低，就使用復(fù)制算法

• 老年代，存活率高，并且沒(méi)有額外的空間做擔(dān)保，所以使用“標(biāo)記-清除”或者“標(biāo)記-整理”算法

3. 垃圾收集器

3.1 新生代收集器 Serial

• 【單線程】歷史悠久，新生代收集器，復(fù)制算法；

• GC時(shí)要STW，直到GC完成（你媽媽在打掃衛(wèi)生，你一邊亂扔紙屑，所以必須STW，你得老老實(shí)實(shí)坐著）；

• Client 模式下默認(rèn)的新生代收集器（與其他單線程收集器相比，簡(jiǎn)單高效）。

3.2 新生代收集器 ParNew

• 【并行多線程】新生代收集器，復(fù)制算法，Serial收集器的多線程版本；

• 單CPU下，不會(huì)比Serial好；甚至雙CPU都不能100%超越Serial；

• Server模式下首選新生代收集器，重要原因是，他能和CMS（真正意義上的并發(fā)收集器）配合工作。

3.3 新生代收集器 Parallel Scavenge

• 【Throughput】吞吐量?jī)?yōu)先

• 【并行多線程】新生代收集器，復(fù)制算法；

• 關(guān)注點(diǎn)不一樣，目標(biāo)為可控的吞吐量（Throughput），其他的關(guān)注點(diǎn)是盡可能縮短GC STW時(shí)間；

• 吞吐量 = 運(yùn)行用戶代碼時(shí)間 / （運(yùn)行用戶代碼時(shí)間 + GC時(shí)間）

3.4 老年代收集器 Serial Old

• 【單線程】老年代收集器，標(biāo)記 - 整理算法；

• 主要用戶Client 模式下虛擬機(jī)；Server模式下，1. JDK1.6以前與PS搭配使用；2. CMC收集器后背預(yù)案。

3.5 老年代收集器 Parallel Old

• 【Throughput】吞吐量?jī)?yōu)先

• 【并行多線程】老年代收集器，標(biāo)記 - 整理算法；

• jdk1.6以前，如果選了PS，就不能選CMS了，只能選Serial Old；

• 吞吐量?jī)?yōu)先第一組合。

3.6 老年代收集器 CMS

• 【并發(fā)多線程】老年代收集器，基于標(biāo)記 - 清除（初始 & 并發(fā) & 重新 標(biāo)記，并發(fā)清除）；

• 關(guān)注點(diǎn)不一樣，目標(biāo)為可控的吞吐量（Throughput），其他的關(guān)注點(diǎn)是盡可能縮短GC STW時(shí)間；

• 并發(fā)低停頓；缺點(diǎn)：CPU資源非常敏感、無(wú)法處理浮動(dòng)垃圾、基于標(biāo)記清除多碎片。

3.7 G1收集器

• 有點(diǎn)多，暫緩。。。

二、解析GC日志

1. 完整GC日志

2019-11-04T16:05:43.267+0800: 147.981: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 150496K->5938K(147456K)] 198958K->57548K(202752K), 0.0304547 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.03 secs]
Heap after GC invocations=39 (full 3):
PSYoungGen      total 147456K, used 5938K [0x00000000f6700000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 141312K, 0% used [0x00000000f6700000,0x00000000f6700000,0x00000000ff100000)
from space 6144K, 96% used [0x00000000ffa00000,0x00000000fffcc8f8,0x0000000100000000)
to   space 7680K, 0% used [0x00000000ff100000,0x00000000ff100000,0x00000000ff880000)
ParOldGen       total 55296K, used 51610K [0x00000000e3400000, 0x00000000e6a00000, 0x00000000f6700000)
object space 55296K, 93% used [0x00000000e3400000,0x00000000e6666870,0x00000000e6a00000)
Metaspace       used 80445K, capacity 83414K, committed 83584K, reserved 1122304K
class space    used 10018K, capacity 10577K, committed 10624K, reserved 1048576K
}
{Heap before GC invocations=40 (full 4):
PSYoungGen      total 147456K, used 5938K [0x00000000f6700000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
eden space 141312K, 0% used [0x00000000f6700000,0x00000000f6700000,0x00000000ff100000)
from space 6144K, 96% used [0x00000000ffa00000,0x00000000fffcc8f8,0x0000000100000000)
to   space 7680K, 0% used [0x00000000ff100000,0x00000000ff100000,0x00000000ff880000)
ParOldGen       total 55296K, used 51610K [0x00000000e3400000, 0x00000000e6a00000, 0x00000000f6700000)
object space 55296K, 93% used [0x00000000e3400000,0x00000000e6666870,0x00000000e6a00000)
Metaspace       used 80445K, capacity 83414K, committed 83584K, reserved 1122304K
class space    used 10018K, capacity 10577K, committed 10624K, reserved 1048576K

=====================分割線==========================
2019-11-04T16:05:43.298+0800: 148.011: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 5938K->0K(147456K)] [ParOldGen: 51610K->48605K(83968K)] 57548K->48605K(231424K), [Metaspace: 80445K->80445K(1122304K)], 0.3256949 secs] [Times: user=0.55 sys=0.00, real=0.32 secs]
=====================。。。==========================

2. 提取主要內(nèi)容

2019-11-04T16:05:43.267+0800: 147.981: [GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 150496K->5938K(147456K)] 198958K->57548K(202752K), 0.0304547 secs] [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.03 secs]

2019-11-04T16:05:43.298+0800: 148.011: [Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 5938K->0K(147456K)] [ParOldGen: 51610K->48605K(83968K)] 57548K->48605K(231424K), [Metaspace: 80445K->80445K(1122304K)], 0.3256949 secs] [Times: user=0.55 sys=0.00, real=0.32 secs]

3. 分析日志

• 147.981 和 148.011: JVM啟動(dòng)以來(lái)經(jīng)過(guò)的秒數(shù)

• GC 和 Full GC: 表示垃圾收集停頓類型。注意：不是用來(lái)區(qū)分新生代還是老年代的

• GC (Allocation Failure) Allocation Failure 指分配失敗，也即空間不足；

• Full GC (Ergonomics) Ergonomics 可以理解為自適應(yīng)，表示自動(dòng)的調(diào)節(jié)STW時(shí)間和吞吐量之間的平衡；

• Full GC (System) 調(diào)用 System.gc() 觸發(fā)的GC。

• [PSYoungGen: 150496K->5938K(147456K)]

• PSYoungGen，PS表示Parallel Scavenge收集器

• DefNew（Default New Generation），也即使用Serial收集器

• [ParOldGen: 51610K->48605K(83968K)]

• ParOldGen，ParOld表示Parallel Old收集器，吞吐量?jī)?yōu)先

• [XXXXXX: 150496K->5938K(147456K)]

• 150496K->5938K(147456K) GC前該內(nèi)存區(qū)域已使用容量 -> GC后該內(nèi)存區(qū)域已使用容量(該內(nèi)存區(qū)域總?cè)萘?

• 198958K->57548K(202752K) GC前Java堆已使用容量 -> GC后Java堆已使用容量(Java堆總?cè)萘?

• 0.0304547 secs GC耗時(shí)合計(jì)(secs秒)

• [Times: user=0.05 sys=0.00, real=0.03 secs] 用戶態(tài)CPU耗時(shí)、內(nèi)核態(tài)CPU耗時(shí)和墻鐘時(shí)間

• CPU時(shí)間與墻鐘時(shí)間區(qū)別：墻鐘時(shí)間包括各種非運(yùn)算等待耗時(shí)，例如等待磁盤、線程阻塞；

• 當(dāng)多CPU或者多核的話，多線程會(huì)疊加這些CPU時(shí)間，所以u(píng)ser或sys超過(guò)real是完全正常的。

代碼示例

code01.StackOverflowError

public class StackOverflowMain {

    public static void main(String[] args) {
        // will throw java.lang.StackOverflowError
        Test test = new Test();
        try {
            test.increment();
        } catch (StackOverflowError e) {
            System.out.println("sof error, this count is " + test.count);
            e.printStackTrace();
        }
    }

    static class Test {
        private static int count;
        void increment() {
            count++;
            increment();
        }
    }

}

code02.OOM-heap

public class OOMMain {

    private static String STR = "string";

    /**
     * -verbose:gc -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
     * -XX:HeapDumpPath=C:\\Users\\User\\Desktop\\gc
     * will throw oom by Java heap space
     */
    public static void main(String[] args) {
        List<String> list = new ArrayList<>();
        while (true) {
            list.add(STR += STR);
        }
    }

}

code03.OOM-metaspace

public class OOMByCglibMain {

    /**
     * -verbose:gc -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
     * -XX:HeapDumpPath=C:\\Users\\User\\Desktop\\gc
     * -XX:MetaspaceSize=9m -XX:MaxMetaspaceSize=9m
     * will throw oom by Metaspace
     */
    public static void main(String[] args) {
        ClassLoadingMXBean loadingBean = ManagementFactory.getClassLoadingMXBean();
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMByCglibMain.class);
            enhancer.setCallbackTypes(new Class[]{Dispatcher.class, MethodInterceptor.class});
            enhancer.setCallbackFilter(new CallbackFilter() {
                @Override
                public int accept(Method method) {
                    return 1;
                }

                @Override
                public boolean equals(Object obj) {
                    return super.equals(obj);
                }
            });

            Class clazz = enhancer.createClass();
            System.out.println(clazz.getName());
            //顯示數(shù)量信息（共加載過(guò)的類型數(shù)目，當(dāng)前還有效的類型數(shù)目，已經(jīng)被卸載的類型數(shù)目）
            System.out.println("total: " + loadingBean.getTotalLoadedClassCount());
            System.out.println("active: " + loadingBean.getLoadedClassCount());
            System.out.println("unloaded: " + loadingBean.getUnloadedClassCount());
        }

    }

}

到此，相信大家對(duì)“有哪些學(xué)習(xí)Java GC的基礎(chǔ)”有了更深的了解，不妨來(lái)實(shí)際操作一番吧！這里是億速云網(wǎng)站，更多相關(guān)內(nèi)容可以進(jìn)入相關(guān)頻道進(jìn)行查詢，關(guān)注我們，繼續(xù)學(xué)習(xí)！