[轉帖]【GC系列】JVM的常用GC參數及GC日誌解析

https://zhuanlan.zhihu.com/p/272532249

今天繼續GC系列第三篇，熬夜不易，歡迎一鍵三連，給個鼓勵，不點贊也沒關係，我還可以，謝謝捧場[捂臉]。

常見垃圾回收器組合設定

在oracle官網上可以看到如何開啓使用指定垃圾回收的命令：

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

垃圾回收器通常是組合使用的，我根據官網總結一下常見垃圾回收器的組合。

-XX:+UseConcMarkSweepGC

啓用CMS垃圾收集器用於老年代。

當以吞吐量爲主的垃圾回收器（-XX:+UseParallelGC）無法滿足應用程序的延時要求時，Oracle建議使用的垃圾回收器是CMS或者G1（-XX:+UseG1GC）

默認情況下，此選項是禁用的，HotSpot VM會根據計算機的配置和JDK版本自動選擇收集器。

啓用此選項後，-XX:+UseParNewGC選項將自動開啓，並且不應禁用它，因爲在JDK 8中不推薦使用以下選項組合：-XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:-UseParNewGC。

而CMS一旦老年代產生了很多內存碎片，它還會使用Serial Old進行清除。

所以，-XX:+UseConcMarkSweepGC=ParNew+CMS+Serial Old

-XX:+UseG1GC

啓用G1垃圾回收器。

它適用於具有大量RAM的多處理器計算機。它能滿足GC暫停時間目標，同時保持良好的吞吐量。

建議將G1收集器用於需要大堆（大小約爲6 GB或更大）且GC延遲要求有限（穩定且可預測的暫停時間低於0.5秒）的應用程序。

-XX:+UseParallelGC

使用並行清除垃圾收集器（也稱爲吞吐量收集器）來利用多個處理器來提高應用程序的性能。

默認情況下，此選項是禁用的，HotSpot根據計算機的配置和JDK版本自動選擇收集器。

如果啓用，則 -XX:+UseParallelOldGC選項也將自動啓用，除非明確禁用它。

所以，-XX:+UseParallelGC=Parallel Scavenge+Parallel Old

-XX:+UseParallelOldGC

FullGC時使用ParallelOld。默認情況下，此選項是禁用的。

-XX:+UseParallelGC時，會自動-XX:+UseParallelOldGC。

-XX:+UseParNewGC

支持在年輕代中使用並行線程進行收集。

默認情況下，此選項是禁用的。

當設置-XX:+UseConcMarkSweepGC選項時，它將自動啓用。

在JDK 8中，不建議使用-XX:+UseParNewGC選項而不使用-XX:+UseConcMarkSweepGC選項，也就是說ParNew和CMS最好同時啓用，不要強行開一個禁一個。

-XX:+UseSerialGC

啓用Serial GC。

對於不需要垃圾回收具有任何特殊功能的小型和簡單的應用程序，這通常是最佳選擇。

默認情況下，此選項是禁用的，並且將根據計算機的配置和JVM的類型自動選擇收集器。

-XX:+UseSerialGC=Serial New+Serial Old。

查看JDK默認的垃圾回收器

使用如下命令

java -XX:+PrintCommandLineFlags -version

可以查看當前使用的JDK版本、虛擬機名稱及使用的垃圾回收器。

JDK 1.8 HotSpot VM默認GC是ParallelGC

JDK 11 HotSpot VM默認GC是G1

JVM常用命令參數

JVM命令可從如下網站查閱：

https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

HotSpot參數分類

標準 -開頭，所有的HotSpot都支持，比如java -version

保證Java虛擬機（JVM）的所有實現都支持標準選項。它們用於常見操作，例如檢查JRE版本，設置類路徑，啓用詳細輸出等。

非標準 -X開頭，特定版本HotSpot支持特定命令

非標準選項是特定於Java HotSpot虛擬機的通用選項，因此不能保證所有JVM實現都支持它們，並且它們可能會發生變化。這些選項以-X開頭。

不穩定 -XX開頭，下個版本可能取消

這是高級選項，以-XX開頭，不建議隨意使用。這些是開發人員選項，用於調整Java HotSpot虛擬機操作的特定區域，這些區域通常具有特定的系統要求，並且可能需要對系統配置參數的特權訪問。也不能保證所有JVM實現都支持它們，並且它們可能會發生變化。

下面我們用一段程序，通過調JVM參數，使用JVM命令用不同的GC，看一下運行情況。

開始之前，先普及一下內存泄漏和內存溢出。

內存泄漏（memory leak）：是指程序在申請內存後，無法釋放已申請的內存空間，一次內存泄漏似乎不會有大的影響，但內存泄漏堆積後的後果就是內存溢出。

內存溢出（out of memory）：指程序申請內存時，沒有足夠的內存供申請者使用。比如程序不斷地產生對象到內存不夠了報錯OOM就是所謂的內存溢出。

再來看程序：

import java.util.LinkedList;
import java.util.List;

public class GCTest {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("program start!");
        List list = new LinkedList();
        for (;;) {
            byte[] b = new byte[1024 * 1024];
            list.add(b);
        }
    }
}

很簡單的一段測試代碼，肯定會產生內存溢出，我們使用相關命令來觀察一下。

默認情況下，運行代碼：

[root@basic ~]# java GCTest
program start!
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 at GCTest.main(GCTest.java:9)

報了內存溢出。

如果我們想知道他的內存分配過程，可以在運行的時候添加相應的JVM參數，下面來找幾個常用的參數分別實驗一下。

java -XX:+PrintCommandLineFlags GCTest

[root@basic ~]# java -XX:+PrintCommandLineFlags GCTest
-XX:InitialHeapSize=32449856 -XX:MaxHeapSize=519197696 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC 
program start!
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 at GCTest.main(GCTest.java:9)

-XX:+PrintCommandLineFlags：打印人類可識別的JVM相關信息，例如堆空間大小和選定的垃圾收集器。

InitialHeapSize：起始堆大小，根據內存計算出來

MaxHeapSize：最大堆大小

UseCompressedClassPointers：使用壓縮Class指針，比如Object.class，壓縮後-XX:+UseCompressedClassPointer的情況在內存中佔用4byte，不壓縮-XX:-UseCompressedClassPointer的情況爲8byte

UseCompressedOops：引用類型是否壓縮，-XX:+UseCompressedOops表示壓縮，壓縮後的引用類型在內存中佔4byte，不壓縮的情況佔用8byte。

java -Xmn10M -Xms40M -Xmx60M -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC GCTest

-Xmn 新生代大小

-Xms 最小堆大小

-Xmx 最大堆大小，最好和Xms設置一樣的值，防止堆彈來彈去，影響性能

-XX:+PrintGC 打印GC信息

執行如下：

[root@basic ~]# java -Xmn10M -Xms40M -Xmx60M -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC GCTest
-XX:InitialHeapSize=41943040 -XX:MaxHeapSize=62914560 -XX:MaxNewSize=10485760 -XX:NewSize=10485760 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC 
program start!
[GC (Allocation Failure)  7839K->7592K(39936K), 0.0274278 secs]
[GC (Allocation Failure)  14920K->14704K(39936K), 0.0091149 secs]
[GC (Allocation Failure)  22024K->21872K(39936K), 0.0124746 secs]
[GC (Allocation Failure)  29195K->29008K(39936K), 0.0150616 secs]
[Full GC (Ergonomics)  29008K->28929K(55296K), 0.0209756 secs]
[GC (Allocation Failure)  36254K->36225K(55296K), 0.0102666 secs]
[GC (Allocation Failure)  43543K->43393K(55808K), 0.0087281 secs]
[Full GC (Ergonomics)  43393K->43265K(60928K), 0.0104380 secs]
[GC (Allocation Failure) -- 51630K->58798K(60928K), 0.0100362 secs]
[Full GC (Ergonomics)  58798K->51458K(60928K), 0.0055668 secs]
[Full GC (Ergonomics)  58793K->58626K(60928K), 0.0045510 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  58626K->58614K(60928K), 0.0116986 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 at GCTest.main(GCTest.java:9)

[GC (Allocation Failure) 7839K->7592K(39936K), 0.0274278 secs]：新生代的GC，GC後堆內存佔用從7839K減少到7592K，堆大小爲39936K

可以看到，多次YGC後，回收不了了，就產生了FGC：

[Full GC (Ergonomics) 29008K->28929K(55296K), 0.0170423 secs]：產生了FullGC，GC後堆內存佔用從29008K較少到28929K

java -Xmn10M -Xms40M -Xmx60M -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails GCTest

-XX:+PrintGCDetails可以打印更詳細的GC信息：

[root@basic ~]# java -Xmn10M -Xms40M -Xmx60M -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails GCTest
-XX:InitialHeapSize=41943040 -XX:MaxHeapSize=62914560 -XX:MaxNewSize=10485760 -XX:NewSize=10485760 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGCDetails -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseParallelGC 
program start!
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7839K->352K(9216K)] 7839K->7528K(39936K), 0.0074573 secs] [Times: user=0.00 sys=0.01, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7680K->320K(9216K)] 14856K->14664K(39936K), 0.0070717 secs] [Times: user=0.00 sys=0.02, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7640K->320K(9216K)] 21984K->21832K(39936K), 0.0064630 secs] [Times: user=0.01 sys=0.01, real=0.00 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7643K->320K(9216K)] 29155K->29000K(39936K), 0.0070857 secs] [Times: user=0.01 sys=0.02, real=0.00 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 320K->0K(9216K)] [ParOldGen: 28680K->28929K(46080K)] 29000K->28929K(55296K), [Metaspace: 2514K->2514K(1056768K)], 0.0181374 secs] [Times: user=0.04 sys=0.01, real=0.02 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7325K->128K(9216K)] 36254K->36225K(55296K), 0.0090166 secs] [Times: user=0.01 sys=0.01, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7446K->128K(9728K)] 43543K->43393K(55808K), 0.0045376 secs] [Times: user=0.01 sys=0.00, real=0.01 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 128K->0K(9728K)] [ParOldGen: 43265K->43265K(51200K)] 43393K->43265K(60928K), [Metaspace: 2514K->2514K(1056768K)], 0.0076301 secs] [Times: user=0.01 sys=0.02, real=0.01 secs] 
[GC (Allocation Failure) --[PSYoungGen: 8365K->8365K(9728K)] 51630K->58798K(60928K), 0.0056167 secs] [Times: user=0.00 sys=0.01, real=0.00 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 8365K->1024K(9728K)] [ParOldGen: 50433K->50433K(51200K)] 58798K->51458K(60928K), [Metaspace: 2514K->2514K(1056768K)], 0.0113353 secs] [Times: user=0.02 sys=0.01, real=0.02 secs] 
[Full GC (Ergonomics) [PSYoungGen: 8360K->8192K(9728K)] [ParOldGen: 50433K->50433K(51200K)] 58793K->58626K(60928K), [Metaspace: 2514K->2514K(1056768K)], 0.0056429 secs] [Times: user=0.00 sys=0.01, real=0.00 secs] 
[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 8192K->8192K(9728K)] [ParOldGen: 50433K->50422K(51200K)] 58626K->58614K(60928K), [Metaspace: 2514K->2514K(1056768K)], 0.0181221 secs] [Times: user=0.04 sys=0.00, real=0.02 secs] 
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 at GCTest.main(GCTest.java:9)
Heap
 PSYoungGen      total 9728K, used 8533K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 9216K, 92% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffe55678,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
 ParOldGen       total 51200K, used 50422K [0x00000000fc400000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  object space 51200K, 98% used [0x00000000fc400000,0x00000000ff53d878,0x00000000ff600000)
 Metaspace       used 2545K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 275K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

此外，關於GC信息的參數還有：

-XX:+PrintGCTimeStamps：在每個GC上打印時間戳。

-XX:+PrintGCApplicationConcurrentTime：打印自上一次暫停（例如GC暫停）以來經過的時間。

-XX:+PrintGCDateStamps：在每個GC上打印日期戳。

-XX:+PrintGCTaskTimeStamps：爲每個單獨的GC工作線程任務啓用時間戳打印。

java -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC GCTest

這個主要是看切換成CMS垃圾回收器的GC過程信息：

[root@basic ~]# java -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC GCTest
-XX:InitialHeapSize=32449856 -XX:MaxHeapSize=519197696 -XX:MaxNewSize=172666880 -XX:MaxTenuringThreshold=6 -XX:OldPLABSize=16 -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC -XX:+UseCompressedClassPointers -XX:+UseCompressedOops -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+UseParNewGC 
program start!
[GC (Allocation Failure)  7865K->7452K(31680K), 0.0055673 secs]
[GC (Allocation Failure)  15815K->15634K(31680K), 0.0051261 secs]
[GC (CMS Initial Mark)  22965K(31680K), 0.0014019 secs]
[GC (Allocation Failure)  23989K->23956K(33736K), 0.0060109 secs]
[GC (Allocation Failure)  32314K->32191K(41960K), 0.0238551 secs]
[GC (Allocation Failure)  40551K->40280K(50184K), 0.0254390 secs]
[GC (Allocation Failure)  48641K->48486K(58408K), 0.0273632 secs]
[GC (Allocation Failure)  56847K->56655K(65796K), 0.0104898 secs]
[GC (CMS Final Remark)  65017K(65796K), 0.0020809 secs]
[GC (Allocation Failure)  65017K->64822K(74020K), 0.0080847 secs]
[GC (Allocation Failure)  73184K->72985K(116060K), 0.0048156 secs]
[GC (Allocation Failure)  81348K->81174K(116060K), 0.0156927 secs]
[GC (Allocation Failure)  89536K->89366K(116060K), 0.0164924 secs]
[GC (CMS Initial Mark)  91585K(116060K), 0.0005150 secs]
[GC (Allocation Failure)  97729K->97558K(116060K), 0.0200535 secs]
[GC (Allocation Failure)  105921K->105749K(116060K), 0.0195895 secs]
[GC (Allocation Failure)  114111K->113943K(123256K), 0.0185969 secs]
[GC (Allocation Failure)  122306K->122133K(131480K), 0.0174622 secs]
[GC (Allocation Failure)  130496K->130328K(139704K), 0.0168396 secs]
[GC (Allocation Failure)  138690K->138518K(147928K), 0.0222069 secs]
[GC (Allocation Failure)  146881K->146712K(156152K), 0.0189141 secs]
[GC (Allocation Failure)  155075K->154903K(164376K), 0.0212268 secs]
[GC (Allocation Failure)  163265K->163097K(172600K), 0.0184528 secs]
[GC (Allocation Failure)  171460K->171289K(180824K), 0.0230886 secs]
[GC (Allocation Failure)  179652K->179482K(189048K), 0.0197197 secs]
[GC (Allocation Failure)  187844K->187672K(197272K), 0.0211699 secs]
[GC (Allocation Failure)  196035K->195864K(205496K), 0.0219487 secs]
[GC (Allocation Failure)  204227K->204056K(213720K), 0.0221430 secs]
[GC (Allocation Failure)  212419K->212251K(221944K), 0.0237262 secs]
[GC (Allocation Failure)  220613K->220443K(230168K), 0.0274986 secs]
[GC (Allocation Failure)  228806K->228635K(238392K), 0.0253731 secs]
[GC (Allocation Failure)  236998K->236826K(246616K), 0.0186347 secs]
[GC (Allocation Failure)  245188K->245018K(254840K), 0.0188651 secs]
[GC (Allocation Failure)  253381K->253212K(263064K), 0.0232380 secs]
[GC (Allocation Failure)  261575K->261403K(271288K), 0.0192675 secs]
[GC (Allocation Failure)  269765K->269597K(279512K), 0.0250426 secs]
[GC (Allocation Failure)  277960K->277787K(287736K), 0.0230294 secs]
[GC (Allocation Failure)  286151K->285982K(295960K), 0.0252418 secs]
[GC (Allocation Failure)  294345K->294174K(304184K), 0.0195708 secs]
[GC (Allocation Failure)  302537K->302366K(312408K), 0.0252629 secs]
[GC (Allocation Failure)  310729K->310559K(320632K), 0.0241283 secs]
[GC (Allocation Failure)  318921K->318749K(328856K), 0.0235919 secs]
[GC (Allocation Failure)  327112K->326943K(336052K), 0.0204393 secs]
[GC (Allocation Failure)  335306K->335133K(344276K), 0.0242358 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  343496K->343313K(344276K), 0.0948962 secs]
[GC (Allocation Failure)  344507K->347589K(349120K), 0.0145370 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  347589K->344337K(349120K), 0.0053974 secs]
[GC (CMS Initial Mark)  345361K(491072K), 0.0031466 secs]
[GC (CMS Final Remark)  352315K(491072K), 0.0021340 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  489533K->488726K(491072K), 0.0355269 secs]
[GC (CMS Initial Mark)  489750K(491072K), 0.0017936 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  490513K->489750K(491072K), 0.0029711 secs]
[Full GC (Allocation Failure)  489750K->489739K(491072K), 0.0662137 secs]
Exception in thread "main" java.lang.OutOfMemoryError: Java heap space
 at GCTest.main(GCTest.java:9)

乍一看，和默認的ParallelGC日誌信息差不多，就是長了點，其實他就是多了一些CMS Initial Mark、CMS Final Remark等信息，

CMS初始標記、重新標記這些概念在上一篇已有介紹：
【GC系列】JVM堆內存分代模型及常見的垃圾回收器

通過這段日誌可以看到最後通過幾次FullGC都沒辦法清除，最終導致了OOM。

PS GC日誌詳解

先看這一句：

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 7839K->368K(9216K)] 7839K->7544K(39936K), 0.0072850 secs] [Times: user=0.01 sys=0.02, real=0.01 secs]

該句GC日誌的含義：

GC：YGC，產生在年輕代（新生代）的GC。

Allocation Failure：產生GC的原因。

PSYoungGen：PS，新生代。

7839K->368K（9216K）：垃圾回收之前是7839K，回收之後是368K（也就是說回收了7839-368的空間大小），9216K是整個年輕代的堆大小。

7839K->7544K(39936K)：整個堆的空間大小變化。爲什麼總堆大小和年輕代的一樣都是7839K，沒有old區了嗎？原因就是全被年輕代佔用了。

0.0072850 secs：本次GC所耗時間

[Times: user=0.01 sys=0.02, real=0.01 secs]：user表示用戶態耗時，sys表示內核態耗時，real表示實際耗時

一旦產生了內存溢出，GC日誌把整個堆heap dump出來：

Heap
PSYoungGen      total 9728K, used 8533K [0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)
  eden space 9216K, 92% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffe55678,0x00000000fff00000)
  from space 512K, 0% used [0x00000000fff80000,0x00000000fff80000,0x0000000100000000)
  to   space 512K, 0% used [0x00000000fff00000,0x00000000fff00000,0x00000000fff80000)
ParOldGen       total 51200K, used 50422K [0x00000000fc400000, 0x00000000ff600000, 0x00000000ff600000)
  object space 51200K, 98% used [0x00000000fc400000,0x00000000ff53d878,0x00000000ff600000)
Metaspace       used 2545K, capacity 4486K, committed 4864K, reserved 1056768K
  class space    used 275K, capacity 386K, committed 512K, reserved 1048576K

這個信息已經很明確了，比如PSYoungGen是新生代，eden是新生代中的eden區，from、to是兩個survivor區，ParOldGen是老年代，Metaspace是元空間。

主要看這幾個內存地址：

[0x00000000ff600000, 0x0000000100000000, 0x0000000100000000)

[起始地址, 使用空間結束地址, 整體空間結束地址)

eden space 9216K, 92% used [0x00000000ff600000,0x00000000ffe55678,0x00000000fff00000)：

表示eden區的空間的內存地址從0x00000000ff600000到0x00000000fff00000，總共9216K，已使用了92%。

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