JVM垃圾回收调优策略

对于不同的业务场景，垃圾回收调优策略是不一样的。比如，在对内存要求苛刻的情况下，需要提高对象回收效率；在CPU使用率高的情况下，需要降低高并发时垃圾回收的频率。那么面对不同的场景，我们该如何进行调优呢？

一、GC性能衡量指标

在进行实际的GC调优前，我们需要根据一些GC性能指标，确定具体的调优方向。常用的GC性能指标如下：

• 吞吐量，这里的吞吐量是指应用程序所花费的时间和系统总运行时间的比值。我们可以按照这个公式来计算GC的吞吐量：系统总运行时间 = 应用程序耗时 + GC耗时。如果系统运行了100分钟，GC耗时1分钟，则系统吞吐量为99%。系统的吞吐量一般不能低于95%。
• 停顿时间，指垃圾回收器正在运行时，应用程序的暂停时间。对于串行回收器而言，停顿时间可能会比较长；而使用并发回收器时，由于垃圾回收器和应用程序交替运行，程序的停顿时间就会变短，但其效率很可能不如独占回收器，系统的的吞吐量也很可能会降低。
• GC频率，指多久发生一次垃圾回收。通常垃圾回收的频率越低越好，增大堆内存空间可以有效降低垃圾回收的频率；但同时也意味着堆积的回收对象越多，最终也会增加回收时的停顿时间。所以，我们要适当的增大堆内存空间，以保证正常的垃圾回收频率。

二、查看 & 分析GC日志

在了解了性能衡量指标后，我们需要通过工具分析GC日志，统计各项指标的信息。

首先，我们需要通过JVM参数预先设置GC日志，通常有以下几种JVM参数设置：

• -XX:+PrintGC，输出GC日志
• -XX:+PrintGCDetails，输出GC的详细日志
• -XX:+PrintGCTimeStamps，输出GC的时间戳（以基准时间的形式）
• -XX:+PrintGCDateStamps，输出GC的时间戳（以日志的形式，比如2013-05-04T21:53:59.234+0800）
• -XX:+PrintHeapAtGC，在进行GC的前后打印出堆的信息
• -Xloggc:…/logs/gc.log，日志文件的输出路径

一般我们使用如下参数来输出日志：

-XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCDetails -Xloggc:./gclogs

对于运行很短时间的GC日志，我们可直接查看日志文件。但如果是长时间的GC日志，我们很难通过文本形式去查看整体的GC性能。

此时，我们可以使用GCViewer工具打开日志文件，通过图形化界面查看整体的GC性能。通过工具，我们可以得到吞吐量、停顿时间以及GC频率等指标数据，从而可以非常直观地了解到GC的性能情况。

其实，还有一个比较好用的GC日志分析工具，GCeasy是一款非常直观地GC日志分析工具，我们可以将日志文件压缩之后，上传到GCeasy官网即可看到非常清楚的GC日志分析结果。

三、GC调优策略

3.1、选择合适的垃圾回收器

假设我们有这样一个需求，要求每次GC操作的响应时间必须在500ms以内。这时，我们一般会选择响应速度比较快的垃圾回收器，比如，CMS回收器和G1回收器。

而当我们的需求对系统吞吐量有要求时，就可以选择Parallel Scavenge回收器来提高系统的吞吐量。

3.2、降低Minor GC频率

通常情况下，由于新生代空间比较小，Eden区很快就会被填满，此时就会导致频率的Minor GC。因此，我们可以通过增大新生代空间来降低Minor GC的频率。此时，我们可能会有这样的疑问：

扩容Eden区虽然可以减少Minor GC的次数，但不会增加单次Minor GC的时间吗？如果单次Minor GC的时间增加，那也很难达到我们期待的优化效果呀。

我们需要知道的是，单次Minor GC的时间是由两部分组成的：T1（扫描新生代）和T2（复制存活对象）。假设一个对象在Eden区的存活时间为500ms，Minor GC的时间间隔是300ms，那么正常情况下，Minor GC的时间为：T1+T2。

当我们增大新生代空间，Minor GC的时间间隔可能会扩大到600ms，此时一个存活500ms的对象就会在Eden区中被回收，也就不存在复制存活对象了。所以，再发生Minor GC的时间为：两次扫描新生代，即2T1。

可见，扩容后，Minor GC时增加了T1，但省去T2。通常在虚拟机中，复制对象的成本要远高于扫面成本。

需要注意的是，如果在堆内存中存在比较多的长期存活对象，此时增加新生代空间，反而会增加Minor GC的时间。如果堆中的短期对象很多，那么扩容新生代，单次Minor GC的时间不会显著增加。因此，单次Minor GC的时间更多取决于GC后存活对象的数量，而非Eden区的大小。

3.3、降低Full GC频率

通常情况下，在堆内存空间不足或老年代对象太多时，会触发Full GC，频繁的Full GC会带来上下文切换，增加系统的性能开销。那我们可以使用哪些方法来降低Full GC的频率呢？

• 减少创建大对象。在平常的业务场景中，我们习惯一次性从数据库中查询出一个大对象用于Web端显示。例如，一次性查询出60个字段的业务操作，这种大对象如果超过新生代最大对象阈值，会被直接创建在老年代；即时被创建在了新生代，由于新生代的内存空间有限，通过Minor GC之后也会进入到老年代。这种大对象很容易产生较多的Full GC。我们可以将这种大对象拆解出来，首次只查询一些比较重要的字段，如果还需要其它字段辅助查看，则再通过第二次查询显示剩余的字段。
• 增大堆内存空间。在堆内存不足的情况下，增大堆内存空间，且设置初始化堆内存为最大堆内存，也可以降低Full GC的频率。

四、小结

在这篇文章中，我主要讨论了如下概念：

• 吞吐量、停顿时间和GC频率是衡量GC性能的常用指标。
• 通过分析GC日志可以获取到GC性能指标数据。而常用的GC日志分析工具有GCViewer和GCeasy。
• 选择合适的垃圾回收器、降低Minor GC频率、降低Full GC频率是常用的GC调优策略。