JVM 堆内存分区

堆:年轻代，老年代，持久代

年轻代：Eden,Survivor1,Survivor2

GC

• 新生代 GC（Minor GC）：指发生在新生代的垃圾收集动作，因为 Java 对象大多都具
  备朝生夕灭的特性，所以 Minor GC 非常频繁，一般回收速度也比较快。
• 老年代 GC（Major GC  / Full GC）：指发生在老年代的 GC，出现了 Major GC，经常
  会伴随至少一次的 Minor GC（但非绝对的，在 ParallelScavenge 收集器的收集策略里
  就有直接进行 Major GC 的策略选择过程） 。MajorGC 的速度一般会比 Minor GC 慢 10
  倍以上。
• 持久代，在Java8中已经被替换成元空间 MetaSpace。

虚拟机给每个对象定义了一个对象年龄（Age）计数器。如果对象在 Eden 出生并经过第一次 Minor GC 后仍然存活，并且能被 Survivor 容纳的话，将被移动到 Survivor 空间中，并将对象年龄设为 1。对象在 Survivor 区中每熬过一次 Minor GC，年龄就增加 1 岁，当它的年龄增加到一定程度（默认为 15 岁）时，就会被晋升到老年代中。对象晋升老年代的年龄阈值，可以通过参数 -XX:MaxTenuringThreshold 来设置。

JVM基本回收算法

1. 引用计数（Reference Counting）
   比较古老的回收算法。原理是此对象有一个引用，即增加一个计数，删除一个引用则减少一个计数。垃圾回收时，只用收集计数为0的对象。此算法最致命的是无法处理循环引用的问题。

2. 标记-清除（Mark-Sweep）
   此算法执行分两阶段。第一阶段从引用根节点开始标记所有被引用的对象，第二阶段遍历整个堆，把未标记的对象清除。此算法需要暂停整个应用，同时，会产生内存碎片。

3. 复制（Copying）
   此 算法把内存空间划为两个相等的区域，每次只使用其中一个区域。垃圾回收时，遍历当前使用区域，把正在使用中的对象复制到另外一个区域中。次算法每次只处理 正在使用中的对象，因此复制成本比较小，同时复制过去以后还能进行相应的内存整理，不过出现“碎片”问题。当然，此算法的缺点也是很明显的，就是需要两倍 内存空间。

4. 标记-整理（Mark-Compact）
   此算法结 合了“标记-清除”和“复制”两个算法的优点。也是分两阶段，第一阶段从根节点开始标记所有被引用对象，第二阶段遍历整个堆，把清除未标记对象并且把存活 对象“压缩”到堆的其中一块，按顺序排放。此算法避免了“标记-清除”的碎片问题，同时也避免了“复制”算法的空间问题。

5. 增量收集（Incremental Collecting）
   实施垃圾回收算法，即：在应用进行的同时进行垃圾回收。不知道什么原因JDK5.0中的收集器没有使用这种算法的。

6. 分代（Generational Collecting）
   基于对对象生命周期分析后得出的垃圾回收算法。把对象分为年青代、年老代、持久代，对不同生命周期的对象使用不同的算法（上述方式中的一个）进行回收。现在的垃圾回收器（从J2SE1.2开始）都是使用此算法的。

JVM常见配置汇总

1.堆设置

• -Xms 初始堆大小（默认值，物理内存的1/64）

• -Xmx 最大堆大小（默认值，物理内存的1/4）

• -Xmn 年轻代大小(Sun官方推荐年轻代配置为整个堆的3/8)  。【使用此参数相当于同时使用-XX:NewSize=n和-XX:MaxNewSize=n】

• -XX:NewSize=n 设置年轻代大小

• -XX:MaxNewSize=n 设置年轻代最大值

• -XX:NewRatio=n 设置老年代和年轻代的比值。如:为3，表示年老代与年轻代比值为3：1，年轻代占整个年轻代年老代和的1/4。

• -XX:SurvivorRatio=n 年轻代中Eden区与两个Survivor区的比值。注意Survivor区有两个。如：3，表示Eden：Survivor=3：2，一个Survivor区占整个年轻代的1/5

• -Xss 每个线程的堆栈大小,JDK5.0以后每个线程堆栈大小为1M,以前每个线程堆栈大小为256K.更具应用的线程所需内存大小进行 调整.在相同物理内存下,减小这个值能生成更多的线程.

• -XX:+UseBiasedLocking 锁机制性能改善

• -XX:PermSize=n 设置持久代的大小 (物理内存的1/64)

• -XX:MaxPermSize=n 设置持久代大小最大值(物理内存的1/4  JDK 7)

• -XX:MetaSpaceSize=n 设置元空间大小(JDK 8)

• -XX:MaxMetaspaceSize=n 设置元空间最大值(JDK 8)

2.JDK1.8持久代被元空间替代

设置元空间大小元空间使用的是本地内存而并非JVM虚拟机内存，当需要控制时，可以采用配置项来控制元空间大小。

在JVM参数方面，使用-XX:MetaSpaceSize和-XX:MaxMetaspaceSize代替原来的-XX:PermSize和-XX:MaxPermSize。

-XX:MaxMetaspaceSize=128m

3.收集器

G1收集器

G1收集器是基于标记-压缩算法的，因此，它不会产生空间碎片，也没必要再收集完成之后进行一次独占式的碎片整理工作。G1收集器还可以进行非常精确的停顿控制，他可以让开发人员指定在长度为M的时间段中，来及回收时间不超过N

要启用 G1 收集器请使用: -XX:+UseG1GC -XX:+UnlockExperimentalVMOptions

设置G1回收器的目标停顿时间：

-XX:MaxGCPauseMillis = 50    -XX:GCPauseIntervalMillis=200

以上参数 指定在200ms内，停顿时间不超过50ms。这两个参数是G1回收器的目标，G1回收器并不保证能执行它们。

参数

含义

-XX:G1HeapRegionSize=n

设置Region大小，并非最终值

-XX:MaxGCPauseMillis

设置G1收集过程目标时间，默认值200ms，不是硬性条件

-XX:G1NewSizePercent

年轻代最小值，默认值5%

-XX:G1MaxNewSizePercent

新生代最大值，默认值60%

-XX:ParallelGCThreads

STW期间，并行GC线程数

-XX:ConcGCThreads=n

并发标记阶段，并行执行的线程数

-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent

设置触发标记周期的 Java 堆占用率阈值。默认值是45%。这里的java堆占比指的是non_young_capacity_bytes，包括old+humongous

收集器设置

• -XX:+UseSerialGC:设置串行收集器

• -XX:+UseParallelGC:设置并行收集器 （此配置仅对年轻代有效）

• -XX:+UseParallelOldGC :设置并行年老代收集器

• -XX:+UseConcMarkSweepGC:设置并发收集器(参数表示对于老年代的回收采用CMS。CMS采用的基础算法是：标记—清除。)

• （-XX:+<.....>启动某个选项，-XX:-<....>不启用某个选项）

垃圾回收统计信息

• -XX:+PrintGC

• -XX:+PrintGCDetails

• -XX:+PrintGCTimeStamps

• -Xloggc:filename

并行收集器设置

• -XX:ParallelGCThreads=n:设置并行收集器收集时使用的CPU数。并行收集线程数。
• -XX:MaxGCPauseMillis=n:设置并行收集最大暂停时间
• -XX:GCTimeRatio=n:设置垃圾回收时间占程序运行时间的百分比。公式为1/(1+n)

并发收集器设置

• -XX:+CMSIncrementalMode:设置为增量模式。适用于单CPU情况。

• -XX:ParallelGCThreads=n:设置并发收集器年轻代收集方式为并行收集时，使用的CPU数。并行收集线程数。

常见配置：

请看一下一个时间的Java参数配置：（服务器：Linux 64Bit，8Core×16G）

 export  JAVA_OPTS="$JAVA_OPTS -server -Xms4G -Xmx4G -Xss256k 
          -XX:PermSize=128m 
          -XX:MaxPermSize=128m 
          -XX:+UseParallelOldGC 
          -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 
          -XX:HeapDumpPath=/usr/aaa/dump 
          -XX:+PrintGCDetails 
          -XX:+PrintGCTimeStamps 
          -Xloggc:/usr/aaa/dump/heap_trace.txt 
          -XX:NewSize=1G 
          -XX:MaxNewSize=1G"

调优总结‍

1. 年轻代大小选择

   • 响应时间优先的应用：尽可能设大，直到接近系统的最低响应时间限制（根据实际情况选择）。在此种情况下，年轻代收集发生的频率也是最小的。同时，减少到达年老代的对象。

   • 吞吐量优先的应用：尽可能的设置大，可能到达Gbit的程度。因为对响应时间没有要求，垃圾收集可以并行进行，一般适合8CPU以上的应用。

2. 年老代大小选择

   • 响应时间优先的应用：年老代使用并发收集器，所以其大小需要小心设置，一般要考虑并发会话率和会话持续时间等一些参数。如果堆设置小了，可以会造成内存碎片、高回收频率以及应用暂停而使用传统的标记清除方式；如果堆大了，则需要较长的收集时间。最优化的方案，一般需要参考以下数据获得：

     • 并发垃圾收集信息

     • 持久代并发收集次数

     • 传统GC信息

     • 花在年轻代和年老代回收上的时间比例

   • 减少年轻代和年老代花费的时间，一般会提高应用的效率

   • 吞吐量优先的应用：一般吞吐量优先的应用都有一个很大的年轻代和一个较小的年老代。原因是，这样可以尽可能回收掉大部分短期对象，减少中期的对象，而年老代尽存放长期存活对象。

   • CMS调优可针对老年代

3. 较小堆引起的碎片问题

因为年老代的并发收集器使用标记、清除算法，所以不会对堆进行压缩。当收集器回收时，他会把相邻的空间进行合并，这样可以分配给较大的对象。但是，当堆空间较小时，运行一段时间以后，就会出现“碎片”，如果并发收集器找不到足够的空间，那么并发收集器将会停止，然后使用传统的标记、清除方式进行回收。如果出现“碎片”，可能需要进行如下配置：

一个性能较好的web服务器jvm参数配置：

        -server    //服务器模式
        //使用并发收集器时，开启对年老代的压缩。  
        -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection
        //上面配置开启的情况下，这里设置多少次Full GC后，对年老代进行压缩 
        -XX:CMSFullGCsBeforeCompaction=0  
        -Xmx2g   //JVM最大允许分配的堆内存，按需分配
        -Xms2g   //JVM初始分配的堆内存，一般和Xmx配置成一样以避免每次gc后JVM重新分配内存。
        -Xmn256m   //年轻代内存大小，整个JVM内存=年轻代 + 年老代 + 持久代
        -XX:MaxMetaspaceSize=128m   //持久代内存大小
        -Xss256k   //设置每个线程的堆栈大小
        -XX:+DisableExplicitGC   //忽略手动调用GC, System.gc()的调用就会变成一个空调用，完全不触发GC
        -XX:+UseConcMarkSweepGC  //并发标记清除（CMS）收集器
        -XX:+CMSParallelRemarkEnabled   //降低标记停顿
        -XX:+UseCMSCompactAtFullCollection   //在FULL GC的时候对年老代的压缩
        -XX:LargePageSizeInBytes=128m   //内存页的大小
        -XX:+UseFastAccessorMethods   //原始类型的快速优化
        -XX:+UseCMSInitiatingOccupancyOnly //使用手动定义初始化定义开始CMS收集
        -XX:CMSInitiatingOccupancyFraction=70 //使用cms作为垃圾回收使用70％后开始CMS收集

Full GC

Full GC一般容易出现stop-the-world现象,出现在实践中时 (经常会出现在生产系统中)，经常被证实是老年代有大量不必要的对象。一个可行的办法就是增加年轻代的堆大小，以防止年轻代短生命的对象提前进入老年代。另一个办法就似乎利用分析器，快照运行系统的堆转储，并且分析过度的对象分配，找出这些对象，最终减少这些对象的申请。

常用的JVM调优方案

1. 将新对象预留在新生代

一般来说，当survivor区空间不够，或者占用量达到50%时，就会将对象进入老年代（不管对象年龄有多大）。

由于Full GC的成本要远远高于Minor GC,因此尽可能的将对象分配在新生代是一项明智的做法，在JVM调优中，可以为应用程序分配一个合理的新生代空间，以最大限度的避免新对象直接进入老年代的情况。

-XX:NewRatio=n    可以设置新生代的大小比例

当对象占用年轻代里的from区的一半时，对象会被直接送入老年代 。

解决办法是

通过设置 -XX:TargetSurvivorRatio=95  增大from区的利用率，使用from 区到95%是才将对象送入老年代。

通过设置  -XX:SurvivorRatio=n  设置更大from区空间比例。

2. 大对象进入老年代

开发中要避免短命的大对象，目前没有特别好的方法回收短命大对象，大对象最好直接进入老年区，因为大对象在新生区，占用空间大，会由于空间不足而导致很多小对象进入到老年区。

-XX:PretenureSizeThreshold：设置大对象直接进入老年代的阈值，当对象的大小超过这个值将直接分配在老年代.

当创建的对象超过指定大小时，直接把对象分配在老年代中。
  -XX:PretenureSizeThreshold=3145728      参数设定超过对象超过多少时，分配到老年代中，此例为3M（3*1024*1024）。

3. 设置对象进入老年代 的年龄

如果对象在eden区，经过一次GC后还存活，则被移动到survivior区中，对象年龄增加1，以后没经过一次GC，对象还存活，则年龄加1，当对象年龄达到阈值后，就移入老年代，成为老年对象。

-XX:MaxTenuringThreshold=n，设置对象进入老年代的年龄，默认值时15，但是如果空间不够，还是会将对象移到老年代。推荐30.

4. 稳定与震荡的堆大小

稳定的堆大小能减少gc次数，但是每次gc时间增加

震荡的堆大小能增加gc次数，但是每次gc时间减少

-XX:MinHeapFreeRatio    最小空闲比例，当堆空间空闲内存小于这个比例，则扩展

-XX:ManHeapFreeRatio   最大空闲比例，当堆空间空闲内存大于这个比例，则压缩

-Xms和-Xmx相等时，上面的参数失效

5. 吞吐量方案

设置 最小堆和最大堆的值一样，防止内存震荡， -Xmx4g -Xms4g一样。

4G内存32核吞吐量优先方案：尽可能减少系统的执行垃圾回收的总时间，考虑使用关注吞吐量的并行回收收集器。

-Xms3800m
-Xmx3800m
-Xss128k  //减少线程栈大小，使剩余系统内存支持更多线程
-Xmn2g    //设置新生代大小
-XX:UseParallelGC   新生代并行回收收集器
-XX:ParallelGCTHreads     设置线程数
-XX:+UseParallelOldGC      老年代也使用并行回收收集器

6. 使用大页案例

-Xmx2506m 
-Xms2506m
-Xmn1536m
-Xss128k            //减少线程栈大小，使剩余系统内存支持更多线程
-XX:UseParallelGC        新生代并行回收收集器
-XX:ParallelGCTHreads=20
-XX:+UseParallelOldGC        老年代也使用并行回收收集器
-XX:LargePageSizeInBytes=256m   //设置大页的大小

7. 降低停顿案例

降低停顿首先考虑的是使用关注系统停顿的cms回收器，其次为了减少full gc次数，应尽可能将对象预留在新生代，因为新生代minor gc的成本远小于老年代的full gc

-Xms3550m
-Xmx3550m
-Xss128k                  //减少线程栈大小，使剩余系统内存支持更多线程
-Xmn2g                     //设置新生代大小
-XX:ParallelGCThreads=20
-XX:+UseConcMarkSweepGC   //老年代使用cms回收器
-XX:+UseParNewGC         //新生代使用并行回收器
-XX:SurvivorRatio=8      //设置eden和survivor比例为8:1
-XX:TargetSurvivorRatio=90 //设置survivor使用率
-XX:MaxTenuringThreshold=31 //年轻对象进入老年代的年龄，默认是15，这里是31