【转】Java内存与垃圾回收调优
要了解Java垃圾收集機制，先理解JVM內存模式是非常重要的。今天我們將會了解JVM內存的各個部分、如何監控以及垃圾收集調優。
Java（JVM）內存模型
正如你從上面的圖片看到的，JVM內存被分成多個獨立的部分。廣泛地說，JVM堆內存被分為兩部分——年輕代（Young?Generation）和老年代（Old Generation）。
年輕代
年輕代是所有新對象產生的地方。當年輕代內存空間被用完時，就會觸發垃圾回收。這個垃圾回收叫做Minor GC。年輕代被分為3個部分——Enden區和兩個Survivor區。
年輕代空間的要點：
- 大多數新建的對象都位于Eden區。
- 當Eden區被對象填滿時，就會執行Minor GC。并把所有存活下來的對象轉移到其中一個survivor區。
- Minor GC同樣會檢查存活下來的對象，并把它們轉移到另一個survivor區。這樣在一段時間內，總會有一個空的survivor區。
- 經過多次GC周期后，仍然存活下來的對象會被轉移到年老代內存空間。通常這是在年輕代有資格提升到年老代前通過設定年齡閾值來完成的。
年老代
年老代內存里包含了長期存活的對象和經過多次Minor GC后依然存活下來的對象。通常會在老年代內存被占滿時進行垃圾回收。老年代的垃圾收集叫做Major GC。Major GC會花費更多的時間。
Stop the World事件
所有的垃圾收集都是“Stop the World”事件，因為所有的應用線程都會停下來直到操作完成（所以叫“Stop the World”）。
因為年輕代里的對象都是一些臨時（short-lived ）對象，執行Minor GC非常快，所以應用不會受到（“Stop the World”）影響。
由于Major GC會檢查所有存活的對象，因此會花費更長的時間。應該盡量減少Major?GC。因為Major?GC會在垃圾回收期間讓你的應用反應遲鈍，所以如果你有一個需要快速響應的應用發生多次Major GC，你會看到超時錯誤。
垃圾回收時間取決于垃圾回收策略。這就是為什么有必要去監控垃圾收集和對垃圾收集進行調優。從而避免要求快速響應的應用出現超時錯誤。
永久代
永久代或者“Perm Gen”包含了JVM需要的應用元數據，這些元數據描述了在應用里使用的類和方法。注意，永久代不是Java堆內存的一部分。
永久代存放JVM運行時使用的類。永久代同樣包含了Java SE庫的類和方法。永久代的對象在full GC時進行垃圾收集。
方法區
方法區是永久代空間的一部分，并用來存儲類型信息（運行時常量和靜態變量）和方法代碼和構造函數代碼。
內存池
如果JVM實現支持，JVM內存管理會為創建內存池，用來為不變對象創建對象池。字符串池就是內存池類型的一個很好的例子。內存池可以屬于堆或者永久代，這取決于JVM內存管理的實現。
運行時常量池
運行時常量池是每個類常量池的運行時代表。它包含了類的運行時常量和靜態方法。運行時常量池是方法區的一部分。
Java棧內存
Java棧內存用于運行線程。它們包含了方法里的臨時數據、堆里其它對象引用的特定數據。你可以閱讀棧內存和堆內存的區別。
Java 堆內存開關
Java提供了大量的內存開關（參數），我們可以用它來設置內存大小和它們的比例。下面是一些常用的開關：
| -Xms | 設置JVM啟動時堆的初始化大小。 |
| -Xmx | 設置堆最大值。 |
| -Xmn | 設置年輕代的空間大小，剩下的為老年代的空間大小。 |
| -XX:PermGen | 設置永久代內存的初始化大小。 |
| -XX:MaxPermGen | 設置永久代的最大值。 |
| -XX:SurvivorRatio | 提供Eden區和survivor區的空間比例。比如，如果年輕代的大小為10m并且VM開關是-XX:SurvivorRatio=2，那么將會保留5m內存給Eden區和每個Survivor區分配2.5m內存。默認比例是8。 |
| -XX:NewRatio | 提供年老代和年輕代的比例大小。默認值是2。 |
大多數時候，上面的選項已經足夠使用了。但是如果你還想了解其他的選項，那么請查看JVM選項官方網頁。
Java垃圾回收
Java垃圾回收會找出沒用的對象，把它從內存中移除并釋放出內存給以后創建的對象使用。Java程序語言中的一個最大優點是自動垃圾回收，不像其他的程序語言那樣需要手動分配和釋放內存，比如C語言。
垃圾收集器是一個后臺運行程序。它管理著內存中的所有對象并找出沒被引用的對象。所有的這些未引用的對象都會被刪除，回收它們的空間并分配給其他對象。
一個基本的垃圾回收過程涉及三個步驟：
簡單標記和清除方法存在兩個問題：
上面簡單清除方法的問題在于Java垃圾收集的分代回收的，而且在堆內存里有年輕代和年老代兩個區域。我已經在上面解釋了Minor GC和Major GC是怎樣掃描對象，以及如何把對象從一個分代空間移到另外一個分代空間。
Java垃圾回收類型
這里有五種可以在應用里使用的垃圾回收類型。僅需要使用JVM開關就可以在我們的應用里啟用垃圾回收策略。讓我們一起來逐一了解：
Java垃圾收集監控
我們可以使用命令行和圖形工具來監控監控應用垃圾回收。例如，我使用Java SE下載頁中的一個demo來實驗。
如果你想使用同樣的應用，可以到Java SE下載頁面下載JDK 7和JavaFX演示和示例。我使用的示例應用是Java2Demo.jar，它位于 jdk1.7.0_55/demo/jfc/Java2D 目錄下。這只是一個可選步驟，你可以運行GC監控命令監控任何Java應用。
我打開演示應用使用的命令是：
| 1 | pankaj@Pankaj:~/Downloads/jdk1.7.0_55/demo/jfc/Java2D$ java -Xmx120m -Xms30m -Xmn10m -XX:PermSize=20m -XX:MaxPermSize=20m -XX:+UseSerialGC -jar Java2Demo.jar |
jsat
可以使用jstat命令行工具監控JVM內存和垃圾回收。標準的JDK已經附帶了jstat，所以不需要做任何額外的事情就可以得到它。
要運行jstat你需要知道應用的進程id，你可以使用 ps -eaf | grep java 命令獲取進程id。
| 1 2 3 | pankaj@Pankaj:~$ ps -eaf | grep Java2Demo.jar 501 9582 11579 0 9:48PM ttys000 0:21.66 /usr/bin/java -Xmx120m -Xms30m -Xmn10m -XX:PermSize=20m -XX:MaxPermSize=20m -XX:+UseG1GC -jar Java2Demo.jar 501 14073 14045 0 9:48PM ttys002 0:00.00 grep Java2Demo.jar |
從上面知道，我的Java應用進程id是9582。現在可以運行jstat命令了，就像下面展示的一樣：
| 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | pankaj@Pankaj:~$ jstat -gc 9582 1000 S0C S1C S0U S1U EC EU OC OU PC PU YGC YGCT FGC FGCT GCT 1024.0 1024.0 0.0 0.0 8192.0 7933.3 42108.0 23401.3 20480.0 19990.9 157 0.274 40 1.381 1.654 1024.0 1024.0 0.0 0.0 8192.0 8026.5 42108.0 23401.3 20480.0 19990.9 157 0.274 40 1.381 1.654 1024.0 1024.0 0.0 0.0 8192.0 8030.0 42108.0 23401.3 20480.0 19990.9 157 0.274 40 1.381 1.654 1024.0 1024.0 0.0 0.0 8192.0 8122.2 42108.0 23401.3 20480.0 19990.9 157 0.274 40 1.381 1.654 1024.0 1024.0 0.0 0.0 8192.0 8171.2 42108.0 23401.3 20480.0 19990.9 157 0.274 40 1.381 1.654 1024.0 1024.0 48.7 0.0 8192.0 106.7 42108.0 23401.3 20480.0 19990.9 158 0.275 40 1.381 1.656 1024.0 1024.0 48.7 0.0 8192.0 145.8 42108.0 23401.3 20480.0 19990.9 158 0.275 40 1.381 1.656 |
jstat命令的最后一個參數是每個輸出的時間間隔。每隔一秒就會打印出內存和垃圾收集數據。
讓我們一起來對每一列的意義進行逐一了解：
- S0C和S1C：這一列展示了Survivor0和Survivor1區的當前大小（單位KB）。
- S0U和S1U：這一列展示了當前Survivor0和Survivor1區的使用情況（單位KB）。注意：無論任何時候，總會有一個Survivor區是空著的。
- EC和EU：這些列展示了Eden區當前空間大小和使用情況（單位KB）。注意：EU的大小一直在增大。而且只要大小接近EC時，就會觸發Minor GC并且EU將會減小。
- OC和OU：這些列展示了年老代當前空間大小和當前使用情況（單位KB）。
- PC和PU：這些列展示了Perm Gen（永久代）當前空間大小和當前使用情況（單位KB）。
- YGC和YGCT：YGC這列顯示了發生在年輕代的GC事件的數量。YGCT這列顯示了在年輕代進行GC操作的累計時間。注意：在EU的值由于minor GC導致下降時，同一行的YGC和YGCT都會增加。
- FGC和FGCT：FGC列顯示了發生Full GC事件的次數。FGCT顯示了進行Full GC操作的累計時間。注意：相對于年輕代的GC使用時間，Full GC所用的時間長很多。
- GCT：這一列顯示了GC操作的總累計時間。注意：總累計時間是YGCT和FGCT兩列所用時間的總和（GCT=YGCT+FGCT）。
jstat的優點，我們同樣可以在沒有GUI的遠程服務器上運行jstat。注意：我們是通過 -Xmn10m 選項來指定S0C、S1C和EC的總和為10m的。
Java VisualVM及Visual GC插件
如果你想在GUI里查看內存和GC，那么可以使用jvisualvm工具。Java VisualVM同樣是JDK的一部分，所以你不需要單獨去下載。
在終端運行jvisualvm命令啟動Java VisualVM程序。一旦啟動程序，你需要從Tools->Plugins選項安裝Visual GC插件，就像下面圖片展示的。
安裝完Visual GC插件后，從左邊欄打開應用并把視角轉到Visual GC部分。你將會得到關于JVM內存和垃圾收集詳情，如下圖所示。
Java垃圾回收調優
Java垃圾回收調優應該是提升應用吞吐量的最后一個選擇。在你發現應用由于長時間垃圾回收導致了應用性能下降、出現超時的時候，應該考慮Java垃圾收集調優。
如果你在日志里看到 java.lang.OutOfMemoryError: PermGen space錯誤，那么可以嘗試使用 -XX:PermGen 和 -XX:MaxPermGen JVM選項去監控并增加Perm Gen內存空間。你也可以嘗試使用-XX:+CMSClassUnloadingEnabled并查看使用CMS垃圾收集器的執行性能。
如果你看到了大量的Full GC操作，那么你應該嘗試增大老年代的內存空間。
全面垃圾收集調優要花費大量的努力和時間，這里沒有一塵不變的硬性調優規則。你需要去嘗試不同的選項并且對這些選項進行對比，從而找出最適合自己應用的方案。
這就是所有的Java內存模型和垃圾回收內容。希望對你理解JVM內存和垃圾收集過程有所幫助。
原文鏈接：?journaldev?翻譯：?ImportNew.com?-?進林譯文鏈接：?http://www.importnew.com/14086.html
轉載于:https://www.cnblogs.com/shawWey/p/6993576.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的【转】Java内存与垃圾回收调优的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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