JVM系列【6】GC與調優1-有解無憂

JVM系列筆記目錄

虛擬機的基礎概念

class檔案結構

class檔案加載程序

jvm記憶體模型

JVM常用指令

GC與調優

GC基礎知識

什么是垃圾

? 沒有任何參考指向的一個物件或多個物件(回圈參考)

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如何找到垃圾
- 參考計數(ReferenceCount)，缺點：無法解決回圈參考
- 根可達演算法(RootSearching)，從根開始查找，找到物件是有用的，找不到的物件為垃圾，

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什么是根？注意結合上一篇博客 JVM系列【5】JVM常用指令-運行時資料區進行理解，

執行緒堆疊變數 JVM Stack、native method stack

靜態變數 static refercences in method area、Clazz

常量池 runtime cosntant pool

JNI指標 c/c++ 指標

常見的垃圾回收演算法
1. 標記清除(mark sweep)
缺點：位置不連續，產生碎片，效率偏低（需要進行兩遍掃描)

適用情況：演算法相對簡單，適用于存活物件比較多的情況
1. 拷貝演算法 (copying)
  
  說明：沒有碎片，浪費空間，復制移動物件，需要調整物件參考
  
  適用情況：適用于存活物件較少的情況只掃描一次
2. 標記壓縮(mark compact)
  
  說明：沒有碎片，效率偏低（兩遍掃描，指標需要調整）
JVM堆記憶體分代模型(用于分代垃圾回收演算法)

堆記憶體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都使用邏輯分代模型，但是G1 是邏輯分代物理不分代，除此之外都是邏輯分代而且物理分代，
分代模型中，分新生代和老年代，比例是1:2
1. 新生代 = Eden區+ 2個survivor區
  
  YGC回收后，大多數的物件會被回收，活著的進入s0；
  
  再次YGC，活著的物件eden+s0 進入s1；
  
  再次YGC，活著的物件eden+s1 進入s0；
  
  年齡足夠進入老年代，一般垃圾回收器是15，CMS是6；為什么一般垃圾回收器分代年齡是15？參考下 JVM系列【4】記憶體模型-物件頭的內容有哪些，物件頭中4位標識GC年齡，所以最大的年齡是2^4 -1 = 15；
  
  s 區裝不下，直接進入老年代，
2. 老年代：存放一些"頑固物件"，老年代滿了或是分配不下了會觸發FCG，
3. 永久代(Permanent Generation，JDK1.7以前)/元資料區(MetaSpace，JDK1.8以后)：存放的是Class檔案結構，永久代必須指定大小限制，元資料可以設定也可以不設定，無上限（受限于物理記憶體），字串常量在1.7以前存放在永久代，1.8以后存放在堆中，
垃圾回收型別和物件分配程序
1. 垃圾回收型別
  
  上一個點解釋了堆記憶體分代模型，這里統一下概念：MinorGC=YGC指的是新生代即Y區的垃圾回收，MajorGC=FGC指的是老年代分配不下或是滿了發生的GC，包括新生代和老年代，
2. 物件如何分配
  
  在之前的博客中 JVM系列【4】記憶體模型-new Object()面試6連問-物件如何分配，簡單提過這一點，

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? 對照流程圖，分配程序：

	> 1. new物件后優先在堆疊上分配，堆疊上分配的物件`pop`后就消失；
	> 2. 是否是大物件(Y區分配不下的物件)？是就分配到O區，O區發生FGC后回收
	> 3. 不是大物件，優先分配TLAB(Thread Local Allocation Buffer執行緒本地分配快取)上，分配不下就分配到Eden區 ，

了解堆疊上分配、TLAB、分配擔保機制和升代
1. 哪些物件堆疊上分配？
  
  執行緒私有物件、無逃逸物件即離開代碼塊就沒有參考的物件、支持標量替換的物件，如類中變數可以用基本變數替換，
2. 執行緒本地分配Thread Local Allocation Buffer
  獨占eden空間，默認1%；多執行緒時候不用競爭eden就可以申請空間，提高效率；可分配小物件
3. 分配擔保機制
  
  在新生代無法分配記憶體的時候，把新生代的物件轉移到老生代，然后把新物件放入騰空的新生代，參考
4. 物件何時進入老年代？
  
  超過MaxTenuringThreshold指定的次數；
  
  根據動態年齡計算進入老年代，Survivor空間中年齡從小到大的物件進行累加，當加入某個年齡段后，累加和超過survivor區域*TargetSurvivorRatio（默認50%）的時候，就從這個年齡段往上的年齡的物件進行晉升到老年代，參考

常見的垃圾回收器

常見的垃圾回收器有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是邏輯上分代物理上不分代，ZGC和Shenandoah是不分代，Epsilon是JDK除錯用的垃圾回收器，

歷史：JDK誕生，Serial追隨，為了提供效率誕生PS,為配合CMS，誕生PN,CMS是1.4后期引入的，CMS是里程碑式的GC,但是CMS毛病比較多，因此目前沒有任何一個JDK版本默認CMS，

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Serial

年輕代串行回收
SerialOld

老年代串行回收
PS(ParallelScavenge)

年輕代并行回收
PO(ParallelOld)

老年代并行回收
PN(ParNew)

年輕代增強版PS配合CMS的并行回收，PN 和 PS區別？PN 回應時間優先；PS吞吐量優先
CMS(ConcurrentMarkSweep)

老年代并發的,垃圾回收和應用程式同時運行，降低STW的時間(200ms)；

CMS問題比較多，所以現在沒有一個版本默認是CMS，只能手工指定；

CMS既然是MarkSweep，就一定會有碎片化的問題，碎片到達一定程度，CMS的老年代分配物件分配不下的時候，使用SerialOld 進行老年代回收，STW無法忍受；
- 如何解決碎片化：設定-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection 默認開啟；設定-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction，默認為0 指經過多少次FGC才進行壓縮，
- 浮動垃圾問題解決？降低觸發CMS的閾值，保持老年代有足夠的空間；引數-XX:CMSInitiatingOccupancyFraction 指定使用CMS時老年代使用了指定閾值的記憶體后觸發FGC，建議68-92%
使用的演算法：三色標記+Increamental Update
G1

STW可以達到10ms

演算法：三色標記+SATB
ZGC

STW號稱可以達到1ms

演算法：顏色指標ColoredPointers + LoadBarrier
Shenandaoh

演算法：ColoredPointers + WriteBarrier
垃圾回收器和記憶體大小的關系

Serial 幾十兆

PS 上百兆-幾個G

CMS 20G左右

G1 上百G

ZGC 4T-16T(JDK13可以支持)