一、回想JVM内存分配

须要了解很多其它内存模式与内存分配的，请看 深入JVM系列（一）之内存模型与内存分配

1.1、内存分配：

动态对象年龄推断：

虚拟机并不总是要求对象的年龄必须达到MaxTenuringThreshold才干晋升到老年代，当Survivor空间的同样年龄的全部对象大小总和大于Survivor空间的一半，年龄大于或等于该年龄的对象就能够直接进入老年代，无需等到MaxTenuringThreshold中指定的年龄

1.2、总结一下：

3、Survivor无法容纳的对象，将进入老年代。Full GC的主要清理该处

二、JVM的GC机制

JVM有2个GC线程

Older区的大小等于-Xmx减去-Xmn。不能将-Xms的值设的过大，由于第二个线程被迫执行会降低JVM的性能。

2.1、堆内存GC

2.2、非堆内存不GC

      GC不会在主程序执行期对PermGen Space进行清理。所以假设你的应用中有非常多CLASS(特别是动态生成类。当然permgen space存放的内容不仅限于类)的话,就非常可能出现PermGen Space错误。

2.3、内存申请、对象衰老过程

2.3.1、内存申请过程

1. JVM会试图为相关Java对象在Eden中初始化一块内存区域；
2. 当Eden空间足够时。内存申请结束。

   否则到下一步；

3. JVM试图释放在Eden中全部不活跃的对象（minor collection）。释放后若Eden空间仍然不足以放入新对象，则试图将部分Eden中活跃对象放入Survivor区。
4. Survivor区被用来作为Eden及old的中间交换区域，当OLD区空间足够时。Survivor区的对象会被移到Old区，否则会被保留在Survivor区；
5. 当old区空间不够时，JVM会在old区进行major collection；
6. 全然垃圾收集后，若Survivor及old区仍然无法存放从Eden复制过来的部分对象，导致JVM无法在Eden区为新对象创建内存区域。则出现”Out of memory错误”；

2.3.2、对象衰老过程

1. 新创建的对象的内存都分配自eden。Minor collection的过程就是将eden和在用survivor space中的活对象copy到空暇survivor space中。对象在young generation里经历了一定次数(能够通过參数配置)的minor collection后。就会被移到old generation中，称为tenuring。

GC触发条件

permanent generation空间不足会引发Full GC,仍然不够会引发PermGen Space错误。

三、GC监视、收集器与GC调优

3.1、监视JVM GC

首先说一下怎样监视JVM GC。能够用JDK中的jstat工具，也能够在java程序启动的opt里加上例如以下几个參数（注:这两个參数仅仅针对SUN的HotSpotVM）：

-XX:-PrintGCPrintmessagesatgarbagecollection.Manageable.  
-XX:-PrintGCDetailsPrintmoredetailsatgarbagecollection.Manageable.(Introducedin1.4.0.)  
-XX:-PrintGCTimeStampsPrinttimestampsatgarbagecollection.Manageable(Introducedin1.4.0.) 

当把-XX:-PrintGCDetails添加到javaopt里以后能够看见例如以下输出：

[GC[DefNew:34538K->2311K(36352K),0.0232439secs]45898K->15874K(520320K),0.0233874secs]
[FullGC[Tenured:13563K->15402K(483968K),0.2368177secs]21163K->15402K(520320K),[Perm:28671K->28635K(28672K)],0.2371537secs]

他们分别显示了JVM GC的过程，清理出了多少空间。第一行GC使用的是‘普通GC’(MinorCollections)。第二行使用的是‘全GC’(MajorCollections)。他们的差别非常大。在第一行最后我们能够看见他的时间是0.0233874秒，而第二行的FullGC的时间是0.2371537秒。第二行的时间是第一行的接近10倍，也就是我们这次调优的重点。降低FullGC的次数。以为FullGC会暂停程序比較长的时间，假设FullGC的次数比較多。

程序就会常常性的假死。

注：

GC信息的格式

[GC [<collector>: <starting occupancy1> -> <ending occupancy1>, <pause time1> secs] <starting occupancy3> -> <ending occupancy3>, <pause time3> secs]
<collector> GC为minor收集过程中使用的垃圾收集器起的内部名称.
<starting occupancy1> young generation 在进行垃圾收集前被对象使用的存储空间.
<ending occupancy1> young generation 在进行垃圾收集后被对象使用的存储空间
<pause time1> minor收集使应用暂停的时间长短(秒) 
<starting occupancy3> 整个堆(Heap Size)在进行垃圾收集前被对象使用的存储空间
<ending occupancy3> 整个堆(Heap Size)在进行垃圾收集后被对象使用的存储空间
<pause time3> 整个垃圾收集使应用暂停的时间长短(秒),包含major收集使应用暂停的时间(假设发生了major收集).

GC信息的选项

-XX:+PrintGCDetails 显示GC的详细信息
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime 打印应用执行的时间
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 打印应用被暂停的时间

3.2、collector收集器的种类   

GC在 HotSpot VM 5.0里有四种：

incremental (sometimes called train) low pause collector已被废弃,不在介绍.

注：

• throughput collector与concurrent low pause collector的差别是throughput collector仅仅在young area使用使用多线程，而concurrent low pause collector则在tenured generation也使用多线程。

• 依据官方文档，他们俩个须要在多CPU的情况下，才干发挥作用。在一个CPU的情况下，会不如默认的serial collector，由于线程管理须要耗费CPU资源。

  而在两个CPU的情况下，也提高不大。

  仅仅是在很多其它CPU的情况下。才会有所提高。当然 concurrent low pause collector有一种模式能够在CPU较少的机器上，提供尽可能少的停顿的模式，见CMS GC Incremental mode。

• 当要使用throughput collector时。在java opt里加上-XX:+UseParallelGC。启动throughput collector收集。也可加上-XX:ParallelGCThreads=<desired number>来改变线程数。

  还有两个參数 -XX:MaxGCPauseMillis=<nnn>和 -XX:GCTimeRatio=<nnn>，MaxGCPauseMillis=<nnn>用来控制最大暂停时间，而-XX: GCTimeRatio能够提高GC说占CPU的比，以最大话的减小heap。

附注SUN的官方说明： 

1. The throughput collector: this collector uses a parallel version of the young generation collector. It is used if the -XX:+UseParallelGC option is passed on the command line. The tenured generation collector is the same as the serial collector.

2. The concurrent low pause collector: this collector is used if the -Xincgc? or -XX:+UseConcMarkSweepGC is passed on the command line. The concurrent collector is used to collect the tenured generation and does most of the collection concurrently with the execution of the application. The application is paused for short periods during the collection. A parallel version of the young generation copying collector is used with the concurrent collector. The concurrent low pause collector is used if the option -XX:+UseConcMarkSweepGC is passed on the command line.

3. The incremental (sometimes called train) low pause collector: this collector is used only if -XX:+UseTrainGC is passed on the command line. This collector has not changed since the J2SE Platform version 1.4.2 and is currently not under active development. It will not be supported in future releases. Please see the 1.4.2 GC Tuning Document for information on this collector.

CMS GC Incremental mode

       当要使用 concurrent low pause collector时。在java的opt里加上 -XX:+UseConcMarkSweepGC。concurrent low pause collector另一种为CPU少的机器准备的模式。叫Incremental mode。

这样的模式使用一个CPU来在程序执行的过程中GC，仅仅用非常少的时间暂停程序，检查对象存活。

       在Incremental mode里，每一个收集过程中，会暂停两次，第二次略长。第一次用来，简单从root查询存活对象。第二次用来，详细检查存活对象。

整个步骤例如以下：

* stop all application threads; do the initial mark; resume all application threads（第一次暂停，初始话标记）
* do the concurrent mark (uses one procesor for the concurrent work)（执行是标记）
* do the concurrent pre-clean (uses one processor for the concurrent work)（准备清理）
* stop all application threads; do the remark; resume all application threads（第二次暂停，标记，检查）
* do the concurrent sweep (uses one processor for the concurrent work)(执行过程中清理)
* do the concurrent reset (uses one processor for the concurrent work)(复原)

       当要使用Incremental mode时。须要使用以下几个变量：

-XX:+CMSIncrementalMode default: disabled 启动i-CMS模式（must with -XX:+UseConcMarkSweepGC）
-XX:+CMSIncrementalPacing default: disabled 提供自己主动校正功能
-XX:CMSIncrementalDutyCycle=<N> default: 50 启动CMS的上线
-XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=<N> default: 10 启动CMS的下线
-XX:CMSIncrementalSafetyFactor=<N> default: 10 用来计算循环次数
-XX:CMSIncrementalOffset=<N> default: 0 最小循环次数（This is the percentage (0-100) by which the incremental mode duty cycle is shifted to the right within the period between minor collections.）
-XX:CMSExpAvgFactor=<N> default: 25 提供一个指导收集数

-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+CMSIncrementalMode -XX:+CMSIncrementalPacing -XX:CMSIncrementalDutyCycleMin=0 -XX:CMSIncrementalDutyCycle=10 -XX:+PrintGC Details -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:-TraceClassUnloading

3.3、怎样选择collector

• app执行在单处理器机器上且没有pause time的要求，让vm选择UseSerialGC.
• 重点考虑peak application performance(高性能)，没有pause time太严格要求。让vm选择或者UseParallelGC+UseParallelOldGC(optionally).
• 重点考虑response time,pause time要小，UseConcMarkSweepGC.

Garbage Collctor – Future

Garbage First(G1)
jdk1.6 update 14 or jdk7
few flags need to set
-XX:MaxGCPauseMillis=100
-XX:GCPauseIntervalMillis=6000

     还没尝试过使用…

Summary

[java] view plaincopyprint?
import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  
public class SummaryCase {  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        List<Object> caches = new ArrayList<Object>();  
        for (int i = 0; i < 7; i++) {  
            caches.add(new byte[1024 * 1024 * 3]);  
            Thread.sleep(1000);  
        }  
        caches.clear();  
        for (int i = 0; i < 2; i++) {  
            caches.add(new byte[1024 * 1024 * 3]);  
            Thread.sleep(1000);  
        }  
    }  
}  
[java] view plaincopyprint?
import java.util.ArrayList;  
import java.util.List;  
public class SummaryCase {  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {  
        List<Object> caches = new ArrayList<Object>();  
        for (int i = 0; i < 7; i++) {  
            caches.add(new byte[1024 * 1024 * 3]);  
            Thread.sleep(1000);  
        }  
        caches.clear();  
        for (int i = 0; i < 2; i++) {  
            caches.add(new byte[1024 * 1024 * 3]);  
            Thread.sleep(1000);  
        }  
    }  
}  
import java.util.ArrayList;
import java.util.List;
public class SummaryCase {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        List<Object> caches = new ArrayList<Object>();
        for (int i = 0; i < 7; i++) {
            caches.add(new byte[1024 * 1024 * 3]);
            Thread.sleep(1000);
        }
        caches.clear();
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            caches.add(new byte[1024 * 1024 * 3]);
            Thread.sleep(1000);
        }
    }
}


    }

2.062: [GC
Desired survivor size 1310720 bytes, new threshold 7 (max 15)
 6467K->6312K(29440K), 0.0038214 secs]
4.066: [GC
Desired survivor size 1310720 bytes, new threshold 7 (max 15)
 12536K->12440K(29440K), 0.0036804 secs]
6.070: [GC
Desired survivor size 1310720 bytes, new threshold 7 (max 15)
 18637K->18584K(29440K), 0.0040175 secs]
6.074: [Full GC 18584K->18570K(29440K), 0.0031329 secs]
8.078: [Full GC 24749K->3210K(29440K), 0.0045590 secs]

2.047: [GC
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age   1:     142024 bytes,     142024 total
 6472K->6282K(29696K), 0.0048686 secs]
4.053: [GC
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age   2:     141880 bytes,     141880 total
 12512K->12426K(29696K), 0.0047334 secs]
6.058: [GC
Desired survivor size 524288 bytes, new threshold 15 (max 15)
- age   3:     141880 bytes,     141880 total
 18627K->18570K(29696K), 0.0049135 secs]
8.063: [Full GC 24752K->3210K(29696K), 0.0077895 secs]

四、GC调优的小样例

例1：Heap size 设置 

JVM 堆的设置是指java程序执行过程中JVM能够调配使用的内存空间的设置.JVM在启动的时候会自己主动设置Heap size的值，其初始空间(即-Xms)是物理内存的1/64，最大空间(-Xmx)是物理内存的1/4。能够利用JVM提供的-Xmn -Xms -Xmx等选项可进行设置。

Heap size 的大小是Young Generation 和Tenured Generaion 之和。
当在JAVA_HOME下demo/jfc/SwingSet2/文件夹下执行以下的命令。

java -jar -Xmn4m -Xms16m -Xmx16m SwingSet2.jar

Exception in thread "Image Fetcher 0" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Exception in thread "Image Fetcher 3" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Exception in thread "Image Fetcher 1" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
Exception in thread "Image Fetcher 2" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space

除了这些异常信息外。还会发现程序的响应速度变慢了。

这说明Heap size 设置偏小，GC占用了很多其它的时间。而应用分配到的执行时间较少。

提示：在JVM中假设98％的时间是用于GC且可用的Heap size 不足2％的时候将抛出此异常信息。

将上面的命令换成以下命令执行则应用能够正常使用，且未抛出不论什么异常。

java -jar -Xmn4m -Xms16m -Xmx32m SwingSet2.jar

提示：Heap Size 最大不要超过可用物理内存的80％，一般的要将-Xms和-Xmx选项设置为同样，而-Xmn为1/4的-Xmx值。

例2：Young Generation（-Xmn）的设置 

屏幕输出例如以下（节选）

[GC [DefNew: 3968K->64K(4032K), 0.0923407 secs] 3968K->2025K(32704K), 0.0931870 secs]
[GC [DefNew: 4021K->64K(4032K), 0.0356847 secs] 5983K->2347K(32704K), 0.0365441 secs]
[GC [DefNew: 3995K->39K(4032K), 0.0090603 secs] 6279K->2372K(32704K), 0.0093377 secs]

java -jar -verbose:gc -Xmn8m -Xms32m -Xmx32m -XX:+PrintGCDetails SwingSet2.jar

屏幕输出例如以下（节选）

[GC [DefNew: 7808K->192K(8000K), 0.1016784 secs] 7808K->2357K(32576K), 0.1022834 secs]
[GC [DefNew: 8000K->70K(8000K), 0.0149659 secs] 10165K->2413K(32576K), 0.0152557 secs]
[GC [DefNew: 7853K->59K(8000K), 0.0069122 secs] 10196K->2403K(32576K), 0.0071843 secs]
[GC [DefNew: 7867K->171K(8000K), 0.0075745 secs] 10211K->2681K(32576K), 0.0078376 secs]
[GC [DefNew: 7970K->192K(8000K), 0.0201353 secs] 10480K->2923K(32576K), 0.0206867 secs]
[GC [DefNew: 7979K->30K(8000K), 0.1787079 secs] 10735K->4824K(32576K), 0.1790065 secs]

例3：Young Generation相应用响应的影响 

java -jar -verbose:gc -Xmn4m -Xms32m -Xmx32m -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime SwingSet2.jar

Application time: 0.5114944 seconds
[GC [DefNew: 3968K->64K(4032K), 0.0823952 secs] 3968K->2023K(32704K), 0.0827626 secs]
Total time for which application threads were stopped: 0.0839428 seconds
Application time: 0.9871271 seconds
[GC [DefNew: 4020K->64K(4032K), 0.0412448 secs] 5979K->2374K(32704K), 0.0415248 secs]
Total time for which application threads were stopped: 0.0464380 seconds

应用线程被中断的总时常/（应用执行总时?L+应用线程被中断的总时常），那么在本例中垃圾收集占用的时?L约为系统的5％~14％。

那么当垃圾收集占用的时间的比例越大的时候。系统的响应将越慢。

提示：对于互联网应用系统的响应略微慢一些。用户是能够接受的，可是对于GUI类型的应用响应速度慢将会给用户带来非常不好的体验。

例4：怎样决定Tenured Generation 的大小 

java -verbose:gc -Xmn8m -Xmx32m-XX:+PririntGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps java类

111.042: [GC 111.042: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000505 secs]111.042: [Tenured: 18154K->2311K(24576K), 0.1290354 secs] 26282K->2311K(32704K), 0.1293306 secs]
122.463: [GC 122.463: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000560 secs]122.463: [Tenured: 18630K->2366K(24576K), 0.1322560 secs] 26758K->2366K(32704K), 0.1325284 secs]
133.896: [GC 133.897: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000443 secs]133.897: [Tenured: 18240K->2573K(24576K), 0.1340199 secs] 26368K->2573K(32704K), 0.1343218 secs]
144.112: [GC 144.112: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000544 secs]144.112: [Tenured: 16564K->2304K(24576K), 0.1246831 secs] 24692K->2304K(32704K), 0.1249602 secs]

java -verbose:gc -Xmn8m -Xmx64m-XX:+PririntGCDetails -XX:+PrintGCTimeStamps java类

命令行将提示（仅仅提取了Major收集）

90.597: [GC 90.597: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000542 secs]90.597: [Tenured: 49841K->5141K(57344K), 0.2129882 secs] 57969K->5141K(65472K), 0.2133274 secs]
120.899: [GC 120.899: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000550 secs]120.899: [Tenured: 50384K->2430K(57344K), 0.2216590 secs] 58512K->2430K(65472K), 0.2219384 secs]
153.968: [GC 153.968: [DefNew: 8128K->8128K(8128K), 0.0000511 secs]153.968: [Tenured: 51164K->2309K(57344K), 0.2193906 secs] 59292K->2309K(65472K), 0.2196372 secs]

java -jar -server -verbose:gc -Xmn8m -Xms32m -Xmx32m SwingSet2.jar 

[GC 7807K->2641K(32576K), 0.0676654 secs]
[GC 10436K->3108K(32576K), 0.0245328 secs]
[GC 10913K->3176K(32576K), 0.0072865 secs]
[GC 10905K->4097K(32576K), 0.0223928 secs]

java -jar -server -verbose:gc -XX:+UseParNewGC -Xmn8m -Xms32m -Xmx32m SwingSet2.jar

[ParNew 7808K->2656K(32576K), 0.0447687 secs]
[ParNew 10441K->3143K(32576K), 0.0179422 secs]
[ParNew 10951K->3177K(32576K), 0.0031914 secs]
[ParNew 10985K->3867K(32576K), 0.0154991 secs]

java -jar -verbose:gc -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC -Xmn64m -Xms256m -Xmx256m SwingSet2.jar

[Full GC 22972K->18690K(262080K), 0.2326676 secs]
[Full GC 18690K->18690K(262080K), 0.1701866 secs

java -jar -verbose:gc -XX:+UseParNewGC -Xmn64m -Xms256m -Xmx256m SwingSet2.jar

[Full GC 56048K->18869K(260224K), 0.3104852 secs]