JVM系列【6】GC与调优1

JVM系列笔记目录

• 虚拟机的基础概念
• class文件结构
• class文件加载过程
• jvm内存模型
• JVM常用指令
• GC与调优

GC基础知识

• 什么是垃圾

​ 没有任何引用指向的一个对象或多个对象(循环引用)

• 如何找到垃圾

  • 引用计数(ReferenceCount)，缺点：无法解决循环引用
  • 根可达算法(RootSearching)，从根开始查找，找到对象是有用的，找不到的对象为垃圾。

什么是根？ 注意结合上一篇博客 JVM系列【5】JVM常用指令-运行时数据区进行理解。

1. 线程栈变量 JVM Stack、native method stack
2. 静态变量 static refercences in method area、Clazz
3. 常量池 runtime cosntant pool
4. JNI指针 c/c++ 指针

• 常见的垃圾回收算法

  1. 标记清除(mark sweep)

  缺点：位置不连续，产生碎片，效率偏低（需要进行两遍扫描)

  适用情况：算法相对简单，适用于存活对象比较多的情况
  
  

  1. 拷贝算法 (copying)

     说明：没有碎片，浪费空间，复制移动对象，需要调整对象引用

     适用情况：适用于存活对象较少的情况 只扫描一次

     

  2. 标记压缩(mark compact)

     说明：没有碎片，效率偏低（两遍扫描，指针需要调整）

  

• JVM堆内存分代模型(用于分代垃圾回收算法)

  堆内存分代模型是部分垃圾回收器使用的模型，除Epsilon ZGC Shenandoah 之外的GC都使用逻辑分代模型，但是G1 是逻辑分代 物理不分代，除此之外都是逻辑分代 而且物理分代。

  

  分代模型中，分新生代和老年代，比例是1:2

  1. 新生代 = Eden区+ 2个survivor区

     YGC回收后，大多数的对象会被回收，活着的进入s0；

     再次YGC，活着的对象eden+s0 进入s1；

     再次YGC，活着的对象eden+s1 进入s0；

     年龄足够进入老年代，一般垃圾回收器是15，CMS是6；为什么一般垃圾回收器分代年龄是15？参考下 JVM系列【4】内存模型-对象头的内容有哪些，对象头中4位标识GC年龄，所以最大的年龄是2^4 -1 = 15；

     s 区装不下，直接进入老年代。

  2. 老年代： 存放一些"顽固对象"，老年代满了或是分配不下了会触发FCG。

  3. 永久代(Permanent Generation，JDK1.7以前)/元数据区(MetaSpace，JDK1.8以后)：存放的是Class文件结构，永久代必须指定大小限制 ，元数据可以设置也可以不设置，无上限（受限于物理内存），字符串常量在1.7以前存放在永久代，1.8以后存放在堆中。

• 垃圾回收类型和对象分配过程

  1. 垃圾回收类型

     上一个点解释了堆内存分代模型，这里统一下概念：MinorGC=YGC指的是新生代即Y区的垃圾回收，MajorGC=FGC指的是老年代分配不下或是满了发生的GC，包括新生代和老年代。

  2. 对象如何分配

     在之前的博客中 JVM系列【4】内存模型-new Object()面试6连问-对象如何分配，简单提过这一点。

​ 对照流程图，分配过程：

	> 1. new对象后优先在栈上分配，栈上分配的对象`pop`后就消失；
	> 2. 是否是大对象(Y区分配不下的对象)？是就分配到O区，O区发生FGC后回收
	> 3. 不是大对象，优先分配TLAB(Thread Local Allocation Buffer线程本地分配缓存)上，分配不下就分配到Eden区 。

1. 了解栈上分配、TLAB、分配担保机制和升代

   1. 哪些对象栈上分配？

      线程私有对象 、无逃逸对象即离开代码块就没有引用的对象、支持标量替换的对象，如类中变量可以用基本变量替换。

   2. 线程本地分配Thread Local Allocation Buffer
      
      独占eden空间，默认1%；多线程时候不用竞争eden就可以申请空间，提高效率；可分配小对象

   3. 分配担保机制

      在新生代无法分配内存的时候，把新生代的对象转移到老生代，然后把新对象放入腾空的新生代。参考

   4. 对象何时进入老年代？

      超过MaxTenuringThreshold指定的次数；

      根据动态年龄计算进入老年代，Survivor空间中年龄从小到大的对象进行累加，当加入某个年龄段后，累加和超过survivor区域*TargetSurvivorRatio（默认50%）的时候，就从这个年龄段往上的年龄的对象进行晋升到老年代。参考

• 常见的垃圾回收器

  常见的垃圾回收器有Serial/SerialOld、ParallelScavenge/ParallelOld、ParNew/CMS、G1、ZGC、Shenandoah、Epsilon。Serial/SerialOld、ParallelScavenge/ParallelOld、ParNew/CMS是分代的垃圾回收器，G1是逻辑上分代物理上不分代，ZGC和Shenandoah是不分代，Epsilon是JDK调试用的垃圾回收器。

  历史：JDK诞生，Serial追随，为了提供效率诞生PS,为配合CMS，诞生PN,CMS是1.4后期引入的，CMS是里程碑式的GC,但是CMS毛病比较多，因此目前没有任何一个JDK版本默认CMS。

• Serial

  年轻代 串行回收

  

• SerialOld

  老年代 串行回收

  

• PS(ParallelScavenge)

  年轻代 并行回收

  

• PO(ParallelOld)

  老年代 并行回收

  

• PN(ParNew)

  年轻代 增强版PS配合CMS的并行回收。PN 和 PS区别？PN 响应时间优先；PS吞吐量优先

• CMS(ConcurrentMarkSweep)

  老年代并发的,垃圾回收和应用程序同时运行，降低STW的时间(200ms)；

  CMS问题比较多，所以现在没有一个版本默认是CMS，只能手工指定；

  CMS既然是MarkSweep，就一定会有碎片化的问题，碎片到达一定程度，CMS的老年代分配对象分配不下的时候，使用SerialOld 进行老年代回收，STW无法忍受；

  • 如何解决碎片化：设定-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 默认开启；设定-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，默认为0 指经过多少次FGC才进行压缩。
  • 浮动垃圾问题解决？降低触发CMS的阈值，保持老年代有足够的空间；参数-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 指定使用CMS时老年代使用了指定阈值的内存后触发FGC，建议68-92%

  使用的算法：三色标记+Increamental Update

• G1

  STW可以达到10ms

  算法：三色标记+SATB

• ZGC

  STW号称可以达到1ms

  算法：颜色指针ColoredPointers + LoadBarrier

• Shenandaoh

  算法：ColoredPointers + WriteBarrier

• 垃圾回收器和内存大小的关系

  Serial 几十兆

  PS 上百兆-几个G

  CMS 20G左右

  G1 上百G

  ZGC 4T-16T(JDK13可以支持)

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