JVM參數之GC日誌配置

說到 Java 虛擬機，不得不提的就是 Java 虛擬機的 GC（Garbage Collection）日誌。而對於 GC 日誌，我們不僅要學會看懂，而且要學會如何設置對應的 GC 日誌參數
將以下面的 Demo 爲例子去設置 GC 日誌參數。

public class GCDemo {
    public static void main(String[] args) {
        // allocate 4M space
        byte[] b = new byte[4 * 1024 * 1024];
        System.out.println("first allocate");
        // allocate 4M space
        b = new byte[4 * 1024 * 1024];
        System.out.println("second allocate");
    }
}

在上面的程序中，我們兩次分配了 4M 的內存空間。爲了認爲製造 GC，我們啓動時的 JVM 參數固定加上下面幾個參數：

-XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8

• -XX:+UseSerialGC 表示強制使用Serial+SerialOld收集器組合
• -Xms20m 表示堆空間初始大小爲 20 M。
• -Xmx20m 表示堆空間最大大小爲 20 M。
• -Xmn10m 表示新生代大小爲 10M。
• -XX:SurvivorRatio=8 表示Eden:Survivor=8:1

經過上面這個設置，此時我們的堆空間的內存比例情況如下：Eden區 8M，FromSurvivor 1M，ToSurvivor 1M，老年代 10M。

打印GC日誌

在 GC 日誌參數中，最簡單的一個參數就是打印 GC 日誌：-XX:PrintGC。我們用下面的命令運行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC com.chenshuyi.GCDemo

輸出結果：

first allocate
second allocate
[GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0045179 secs]

可以看到程序在第一次分配數組空間的時候發生了 GC，並且把 GC 前後以及堆空間大小都打印了出來。該日誌顯示 GC 前堆空間使用量爲 4767K（4M左右）。GC 後堆空間爲 4374K，當前可用堆大小爲 19456K。

但你會發現使用 PrintGC 參數打印出來的日誌比較簡單，無法查看更詳細的信息。如果你要查看更詳細的信息，那麼就需要下面這個參數。

打印詳細GC日誌

如果要查看更加詳細的 GC 日誌，那麼就要使用 -XX:+PrintGCDetails 參數。下面我們使用該參數運行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC com.chenshuyi.GCDemo

程序輸出：

first allocate
second allocate
[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4603K->278K(9216K), 0.0036744 secs] 4603K->4374K(19456K), 0.0037100 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]
Heap
 def new generation   total 9216K, used 4538K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  eden space 8192K,  52% used [0x00000007bec00000, 0x00000007bf0290e0, 0x00000007bf400000)
  from space 1024K,  27% used [0x00000007bf500000, 0x00000007bf545920, 0x00000007bf600000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000007bf400000, 0x00000007bf400000, 0x00000007bf500000)
 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
   the space 10240K,  40% used [0x00000007bf600000, 0x00000007bfa00010, 0x00000007bfa00200, 0x00000007c0000000)
 Metaspace       used 2649K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

從上面的日誌可以看出，該參數能打印出更加詳細的 GC 信息，包括：年輕代的信息、永久代的信息。

[GC (Allocation Failure) [DefNew: 4603K->278K(9216K), 0.0036744 secs] 4603K->4374K(19456K), 0.0037100 secs] [Times: user=0.00 sys=0.00, real=0.00 secs]

該參數還會在退出之前打印出整個堆的詳細信息：

Heap
 def new generation   total 9216K, used 4538K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  eden space 8192K,  52% used [0x00000007bec00000, 0x00000007bf0290e0, 0x00000007bf400000)
  from space 1024K,  27% used [0x00000007bf500000, 0x00000007bf545920, 0x00000007bf600000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000007bf400000, 0x00000007bf400000, 0x00000007bf500000)
 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
   the space 10240K,  40% used [0x00000007bf600000, 0x00000007bfa00010, 0x00000007bfa00200, 0x00000007c0000000)
 Metaspace       used 2649K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

GC前後打印堆信息

上面兩個命令基本上可以應付 90% 的使用場景了，但有時候我們在 GC 前後還想獲取更加詳細的信息。那麼我們可以使用 PrintHeapAtGC 參數，該參數會在 GC 前後打印堆信息。

使用下面的命令運行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintHeapAtGC com.chenshuyi.GCDemo

輸出結果：

first allocate
second allocate
{Heap before GC invocations=0 (full 0):
 def new generation   total 9216K, used 4767K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  eden space 8192K,  58% used [0x00000007bec00000, 0x00000007bf0a7e98, 0x00000007bf400000)
  from space 1024K,   0% used [0x00000007bf400000, 0x00000007bf400000, 0x00000007bf500000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000007bf500000, 0x00000007bf500000, 0x00000007bf600000)
 tenured generation   total 10240K, used 0K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
   the space 10240K,   0% used [0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600200, 0x00000007c0000000)
 Metaspace       used 2646K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K
Heap after GC invocations=1 (full 0):
 def new generation   total 9216K, used 278K [0x00000007bec00000, 0x00000007bf600000, 0x00000007bf600000)
  eden space 8192K,   0% used [0x00000007bec00000, 0x00000007bec00000, 0x00000007bf400000)
  from space 1024K,  27% used [0x00000007bf500000, 0x00000007bf545950, 0x00000007bf600000)
  to   space 1024K,   0% used [0x00000007bf400000, 0x00000007bf400000, 0x00000007bf500000)
 tenured generation   total 10240K, used 4096K [0x00000007bf600000, 0x00000007c0000000, 0x00000007c0000000)
   the space 10240K,  40% used [0x00000007bf600000, 0x00000007bfa00010, 0x00000007bfa00200, 0x00000007c0000000)
 Metaspace       used 2646K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 286K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K
}

仔細看一下，會發現在 GC 發生前後都打印了一次堆空間信息。

通過這個參數，我們可以詳細瞭解每次 GC 時堆空間的詳細信息。

打印GC發生的時間 -XX:+PrintGCTimeStamps

這個參數非常簡單，就是在每次 GC 日誌的前面加上一個時間戳。這個時間戳表示 JVM 啓動後到現在所逝去的時間。

使用下面的參數運行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCTimeStamps com.chenshuyi.GCDemo

輸出結果：

first allocate
second allocate
0.130: [GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0051351 secs]

上面日誌第 3 行中的「0.130」就是該 GC 發生的時間。

-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime 打印應用程序的執行時間

使用下面的命令運行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime com.chenshuyi.GCDemo

運行結果：

first allocate
second allocate
Application time: 0.0371892 seconds
[GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0040074 secs]
Application time: 0.0010712 seconds

-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime 打印應用由於GC而產生的停頓時間

使用下面的命令運行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCApplicationStoppedTime com.chenshuyi.GCDemo

運行結果：

first allocate
second allocate
[GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0045644 secs]
Total time for which application threads were stopped: 0.0047873 seconds, Stopping threads took: 0.0000329 seconds

可以看到最後一行打印出了因爲 GC 而暫停的時間。

保存GC日誌 -Xloggc

這個參數可以將 GC 日誌輸出到文件中保存起來。

使用下面的參數運行程序：

java -XX:+UseSerialGC -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+PrintGC -XX:+PrintReferenceGC -Xloggc:gc.log com.chenshuyi.GCDemo

運行之後在本目錄會生成一個 gc.log 文件，打開該文件：

Java HotSpot(TM) 64-Bit Server VM (25.181-b13) for bsd-amd64 JRE (1.8.0_181-b13), built on Jul  7 2018 01:02:31 by "java_re" with gcc 4.2.1 (Based on Apple Inc. build 5658) (LLVM build 2336.11.00)
Memory: 4k page, physical 8388608k(45132k free)

/proc/meminfo:

CommandLine flags: -XX:InitialHeapSize=20971520 -XX:MaxHeapSize=20971520 -XX:MaxNewSize=10485760 -XX:NewSize=10485760 -XX:+PrintGC -XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintReferenceGC -XX:SurvivorRatio=8 -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseSerialGC 
0.124: [GC (Allocation Failure)  4767K->4374K(19456K), 0.0047748 secs]

可以看到堆的相關信息，以及 GC 的信息。

總結

除了上面這些參數，還有可以查看弱引用的參數：-XX:+PrintReferenceGC。它跟蹤軟引用、弱引用、虛引用和Finallize隊列的信息，但是使用場景較爲狹窄。基本上掌握上面的幾個常用的 GC 日誌參數就足夠排查使用，最重要的是弄清楚每個參數的作用和用法。

最後用列表的形式總結一下，加深一下印象。.

參數	含義
-XX:PrintGC	打印GC日誌
-XX:+PrintGCDetails	打印詳細的GC日誌。還會在退出前打印堆的詳細信息。
-XX:+PrintHeapAtGC	每次GC前後打印堆信息。
-XX:+PrintGCTimeStamps	打印GC發生的時間。
-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime	打印應用程序的執行時間
-XX:+PrintGCApplicationStoppedTime	打印應用由於GC而產生的停頓時間
-XX:+PrintReferenceGC	跟蹤軟引用、弱引用、虛引用和Finallize隊列。
-XLoggc	將GC日誌以文件形式輸出。