JVM详解之Java垃圾回收机制详解和调优 (1)

1、JVM 详 解之 Java 垃圾回收机制 详 解和 调优 (1发 布 时间 :2006.03.14 09:41来源:matrix 作者:cleverpig1.JVM 的 gc 概述gc 即垃圾收集机制是指 jvm 用于 释 放那些不再使用的 对 象所占用的内存。 java 语 言并不要 求 jvm 有 gc ,也没有 规 定 gc 如何工作。不 过 常用的 jvm 都有 gc ,而且大多数 gc 都使用 类 似的 算法管理内存和 执 行收集操作。在充分理解了垃圾收集算法和 执 行 过 程后,才能有效的 优 化它的性能。有些垃圾收集 专 用 于特殊的 应 用程序。比如, 实时应 用程序主要是 为

2、 了避免垃圾收集中断,而大多数 OLTP 应 用 程序 则 注重整体效率。理解了 应 用程序的工作 负 荷和 jvm 支持的垃圾收集算法,便可以 进 行 优 化配置垃圾收集器。垃圾收集的目的在于清除不再使用的 对 象。 gc 通 过 确定 对 象是否被活 动对 象引用来确定 是否收集 该对 象。 gc 首先要判断 该对 象是否是 时 候可以收集。两 种 常用的方法是引用 计 数和 对 象引用遍 历 。1.1. 引用 计 数引用 计 数存 储对 特定 对 象的所有引用数,也就是 说 ,当 应 用程序 创 建引用以及引用超出范 围时 , jvm 必 须 适当增减引用数。当某 对 象的引用数 为 0

3、时 ,便可以 进 行垃圾收集。1.2. 对 象引用遍 历早期的 jvm 使用引用 计 数, 现 在大多数 jvm 采用 对 象引用遍 历 。 对 象引用遍 历 从一 组对 象 开 始,沿着整个 对 象 图 上的 每 条 链 接, 递归 确定可到达(reachable 的 对 象。如果某 对 象不能从 这 些根 对 象的一个(至少一个到达, 则 将它作 为 垃圾收集。在 对 象遍 历阶 段, gc 必 须记 住哪 些 对 象可以到达,以便 删 除不可到达的 对 象, 这 称 为标记 (marking 对 象。下一 步 , gc 要 删 除不可到达的 对 象。 删 除 时 ,有些 gc 只是 简单

4、 的 扫 描堆 栈 , 删 除未 标记 的 未 标记 的 对 象,并 释 放它 们 的内存以生成新的 对 象, 这 叫做清除(sweeping 。 这种 方法的 问题 在于内存会分成好多小段,而它 们 不足以用于新的 对 象,但是 组 合起来却很大。因此, 许 多 gc可以重新 组织 内存中的 对 象,并 进 行 压缩 (compact ,形成可利用的空 间 。为 此, gc 需要停止其他的活 动 活 动 。 这种 方法意味着所有与 应 用程序相 关 的工作停止,只 有 gc 运行。 结 果,在响 应 期 间 增减了 许 多混 杂请 求。另外,更 复杂 的 gc不断增加或同 时 运行 以减少或

5、者清除 应 用程序的中断。有的 gc 使用 单线 程完成 这项 工作,有的 则 采用多 线 程以增 加效率。2. 几 种 垃圾回收机制2.1. 标记 -清除收集器这种 收集器首先遍 历对 象 图 并 标记 可到达的 对 象,然后 扫 描堆 栈 以 寻 找未 标记对 象并 释 放 它 们 的内存。 这种 收集器一般使用 单线 程工作并停止其他操作。2.2. 标记 -压缩 收集器有 时 也叫 标记 -清除-压缩 收集器,与 标记 -清除收集器有相同的 标记阶 段。在第二 阶 段, 则 把 标记对 象 复 制到堆 栈 的新域中以便 压缩 堆 栈 。 这种 收集器也停止其他操作。2.3. 复 制收集器

6、这种 收集器将堆 栈 分 为 两个域,常称 为 半空 间 。 每 次 仅 使用一半的空 间 , jvm 生成的新 对 象 则 放在另一半空 间 中。 gc 运行 时 ,它把可到达 对 象 复 制到另一半空 间 ,从而 压缩 了堆 栈 。 这 种 方法适用于短生存期的 对 象,持 续复 制 长 生存期的 对 象 则导 致效率降低。2.4. 增量收集器增量收集器把堆 栈 分 为 多个域, 每 次 仅 从一个域收集垃圾。 这 会造成 较 小的 应 用程序中 断。2.5. 分代收集器这种 收集器把堆 栈 分 为 两个或多个域,用以存放不同寿命的 对 象。 jvm 生成的新 对 象一般 放在其中的某个域

7、中。 过 一段 时间 , 继续 存在的 对 象将 获 得使用期并 转 入更 长 寿命的域中。分 代收集器 对 不同的域使用不同的算法以 优 化性能。2.6. 并 发 收集器并 发 收集器与 应 用程序同 时 运行。 这 些收集器在某点上(比如 压缩时 一般都不得不停止其 他操作以完成特定的任 务 ,但是因 为 其他 应 用程序可 进 行其他的后台操作,所以中断其他 处 理的 实际时间 大大降低。2.7. 并行收集器并行收集器使用某 种传统 的算法并使用多 线 程并行的 执 行它 们 的工作。在多 cpu 机器上使 用多 线 程技 术 可以 显 著的提高 java 应 用程序的可 扩 展性。3.

8、Sun HotSpot1.4.1 JVM堆大小的 调 整Sun HotSpot 1.4.1使用分代收集器,它把堆分 为 三个主要的域:新域、旧域以及永久域。 Jvm 生成的所有新 对 象放在新域中。一旦 对 象 经历 了一定数量的垃圾收集循 环 后,便 获 得使用期并 进 入旧域。在永久域中 jvm 则 存 储 class 和 method 对 象。就配置而言,永久域是一个独立域并且 不 认为 是堆的一部分。下面介 绍 如何控制 这 些域的大小。可使用 -Xms 和 -Xmx 控制整个堆的原始大小或最大 值 。 下面的命令是把初始大小 设 置 为 128M :java Xms128mXmx25

9、6m 为 控制新域的大小,可使用 -XX:NewRatio设 置新域在堆中所占的比例。下面的命令把整个堆 设 置成 128m ,新域比率 设 置成 3,即新域与旧域比例 为 1:3,新域 为 堆 的 1/4或 32M :java Xms128m Xmx128mXX:NewRatio =3可使用 -XX:NewSize和 -XX:MaxNewsize设 置新域的初始 值 和最大 值 。 下面的命令把新域的初始 值 和最大 值设 置成 64m:java Xms256m Xmx256m Xmn64m永久域默 认 大小 为 4m 。运行程序 时 , jvm 会 调 整永久域的大小以 满 足需要。 每

10、次 调 整 时 , jvm 会 对 堆 进 行一次完全的垃圾收集。使用 -XX:MaxPerSize标 志来增加永久域搭大小。在 WebLogic Server应 用程序加 载较 多 类 时 , 经 常需要增加永久域的最大 值 。当 jvm 加 载类时 ,永久域中的 对 象急 剧 增加,从而使 jvm 不 断 调 整永久域大小。 为 了避免 调 整,可使用 -XX:PerSize标 志 设 置初始 值 。下面把永久域初始 值设 置成 32m ,最大 值设 置成 64m 。java -Xms512m -Xmx512m -Xmn128m -XX:PermSize=32m -XX:MaxPermSi

11、ze=64m默 认 状 态 下, HotSpot 在新域中使用 复 制收集器。 该 域一般分 为 三个部分。第一部分 为 Eden , 用于生成新的 对 象。另两部分称 为 救助空 间 ,当 Eden 充 满时 ,收集器停止 应 用程序,把所有可 到达 对 象 复 制到当前的 from 救助空 间 ,一旦当前的 from 救助空 间 充 满 ,收集器 则 把可到达 对 象 复 制到当前的 to 救助空 间 。 From 和 to 救助空 间 互 换 角色。 维 持活 动 的 对 象将在救助空 间 不 断 复 制,直到它 们获 得使用期并 转 入旧域。使用 -XX:SurvivorRatio 可

12、控制新域子空 间 的大小。同 NewRation 一 样 , SurvivorRation 规 定某救助域与 Eden 空 间 的比 值 。比如,以下命令把新 域 设 置成 64m , Eden 占 32m , 每 个救助域各占 16m :java -Xms256m -Xmx256m -Xmn64m -XX:SurvivorRation =2如前所述,默 认 状 态 下 HotSpot 对 新域使用 复 制收集器, 对 旧域使用 标记 -清除-压缩 收集 器。在新域中使用 复 制收集器有很多意 义 ,因 为应 用程序生成的大部分 对 象是短寿命的。理想 状 态 下,所有 过 渡 对 象在移出

13、Eden 空 间时 将被收集。如果能 够这样 的 话 ,并且移出 Eden 空 间 的 对 象是 长 寿命的,那 么 理 论 上可以立即把它 们 移 进 旧域,避免在救助空 间 反 复复 制。但是, 应 用程序不能适合 这种 理想状 态 ,因 为 它 们 有一小部分中 长 寿命的 对 象。最好是保持 这 些中 长 寿命的 对 象并放在新域中,因 为复 制小部分的 对 象 总 比 压缩 旧域廉价。 为 控制新域中 对 象的 复 制,可用 -XX:TargetSurvivorRatio控制救助空 间 的比例(该值 是 设 置救助空 间 的使用比例。如救 助空 间 位 1M , 该值 50表示可用

14、500K 。 该值 是一个百分比,默 认值 是 50。当 较 大的堆 栈 使用 较 低的 sruvivorratio时 , 应 增加 该值 到 80至 90,以更好利用救助空 间 。用 -XX:maxtenuring threshold 可控制上限。为 放置所有的 复 制全部 发 生以及希望 对 象从 eden 扩 展到旧域,可以把 MaxTenuringThreshold 设 置成 0。 设 置完成后, 实际 上就不再使用救助空 间 了,因此 应 把 SurvivorRatio 设 成 最大 值 以最大化 Eden 空 间 , 设 置如下:java -XX:MaxTenuringThresh

15、old=0 XX:SurvivorRatio=50000 4.BEA JRockit JVM的使用Bea WebLogic 8.1使用的新的 JVM 用于 Intel 平台。在 Bea 安装完 毕 的目 录 下可以看到有一 个 类 似于 jrockit81sp1_141_03的文件 夹 。 这 就是 Bea新 JVM 所在目 录 。不同于 HotSpot 把 Java 字 节码编译 成本地 码 ,它 预 先 编译 成 类 。 JRockit 还 提供了更 细 致的功能用以 观 察 JVM 的运行 状 态 ,主要是独立的 GUI 控制台(只能适用于使用 Jrockit 才能使用 jrockit8

16、1sp1_141_03自 带 的 console 监 控一些 cpu 及 memory参数或者 WebLogic Server控制台。Bea JRockit JVM支持 4种 垃圾收集器:4.1.1. 分代 复 制收集器它与默 认 的分代收集器工作策略 类 似。 对 象在新域中分配,即 JRockit 文档中的 nursery 。 这 种 收集器最适合 单 cpu 机上小型堆操作。4.1.2. 单 空 间 并 发 收集器该 收集器使用完整堆,并与背景 线 程共同工作。尽管 这种 收集器可以消除中断,但是收集器 需花 费较长 的 时间寻 找死 对 象,而且 处 理 应 用程序 时 收集器 经 常

17、运行。如果 处 理器不能 应 付 应 用程序 产 生的垃圾,它会中断 应 用程序并 关闭 收集。分代并 发 收集器 这种 收集器在 护 理域使用排它 复 制收集器,在旧域中 则 使用并 发 收集器。 由于它比 单 空 间 共同 发 生收集器中断 频 繁,因此它需要 较 少的内存, 应 用程序的运行效率也 较 高,注意, 过 小的 护 理域可以 导 致大量的 临时对 象被 扩 展到旧域中。 这 会造成收集器超 负 荷运 作,甚至采用排它性工作方式完成收集。4.1.3. 并行收集器该 收集器也停止其他 进 程的工作,但使用多 线 程以加速收集 进 程。尽管它比其他的收集器 易于引起 长时间 的中断

18、,但一般能更好的利用内存,程序效率也 较 高。默认状态下，JRockit 使用分代并发收集器。要改变收集器，可使用-Xgc:，对应四个收集器分 别为 gencopy，singlecon，gencon 以及 parallel。可使用-Xms 和-Xmx 设置堆的初始大小和最大 值。要设置护理域，则使用- Xns:java jrockit Xms512m Xmx512m Xgc:gencon Xns128m 尽管 JRockit 支持-verbose:gc 开关，但它输出的信息会因收集器的不同而异。JRockit 还支持 memory、 load 和 codegen 的输出。 注意 ：如果 使用

19、JRockit JVM 的话还可以使用 WLS 自带的 console （C:beajrockit81sp1_141_03bin 下）来监控一些数据，如 cpu， memery 等。要想能构监控必须 在启动服务时 startWeblogic.cmd 中加入Xmanagement 参数。 JVM 详解之 Java 垃圾回收机制详解和调优 （3） 发布时间：2006.03.14 09:41 来源：matrix 作者：cleverpig 5.如何从 JVM 中获取信息来进行调整 -verbose.gc 开关可显示 gc 的操作内容。打开它，可以显示最忙和最空闲收集行为发生的时 间、收集前后的内存大小

20、、收集需要的时间等。打开- xx:+ printgcdetails 开关，可以详细了解 gc 中的变化。打开-XX: + PrintGCTimeStamps 开关，可以了解这些垃圾收集发生的时间，自 jvm 启动以后以秒计量。最后，通过-xx: + PrintHeapAtGC 开关了解堆的更详细的信息。为了了解 新域的情况，可以通过-XX:=PrintTenuringDistribution 开关了解获得使用期的对象权。 6.Pdm 系统 JVM 调整 6.1.服务器：前提内存 1G 单 CPU 可通过如下参数进行调整：server 启用服务器模式（如果 CPU 多，服务器机建议使用此 项） Xms,Xmx 一般设为同样大小。 800m Xmn 是将 NewSize 与 MaxN