西餐做法:Java垃圾回收调优 – Tim[后端技术]

Java垃圾回收调优
Wednesday, Jan 7th, 2009 by Tim | Tags:GC,Java
在Java中，通常通讯类型的服务器对GC(Garbage Collection)比较敏感。通常通讯服务器每秒需要处理大量进出的数据包，需要解析，分解成不同的业务逻辑对象并做相关的业务处理，这样会导致大量的临时对象被创建和回收。同时服务器如果需要同时保存用户状态的话，又会产生很多永久的对象，比如用户session。业务越复杂的应用往往用户session包含的引用对象就越多。这样在极端情况下会发生两件事情，long gc pause time 或 out of memory。
一，要解决long pause time首先要了解JVM中heap的结构
java gc heap
Java Heap为什么要分成几个不同的代(generation)? 由于80%-98%的对象的生存周期很短，大部分新对象存放在young generation可以很高效的回收，避免遍历所有对象。
young与old中内存分配的算法完全不同。young generation中由于存活的很少，要mark, sweep 然后再 compact 剩余的对象比较耗时，干脆把 live object copy 到另外一个空间更高效。old generation完全相反，里面的 live object 变化较少。因此采用 mark-sweep-compact更合适。
二，Java中四种垃圾回收算法
Java中有四种不同的回收算法，对应的启动参数为
–XX:+UseSerialGC
–XX:+UseParallelGC
–XX:+UseParallelOldGC
–XX:+UseConcMarkSweepGC
1. Serial Collector
大部分平台或者强制 java -client 默认会使用这种。
young generation算法 = serial
old generation算法 = serial (mark-sweep-compact)
这种方法的缺点很明显，stop-the-world, 速度慢。服务器应用不推荐使用。
2. Parallel Collector
在linux x64上默认是这种，其他平台要加 java -server 参数才会默认选用这种。
young = parallel，多个thread同时copy
old = mark-sweep-compact = 1
优点：新生代回收更快。因为系统大部分时间做的gc都是新生代的，这样提高了throughput(cpu用于非gc时间)
缺点：当运行在8G/16G server上old generation live object太多时候pause time过长
3. Parallel Compact Collector (ParallelOld)
young = parallel = 2
old = parallel，分成多个独立的单元，如果单元中live object少则回收，多则跳过
优点：old old generation上性能较 parallel 方式有提高
缺点：大部分server系统old generation内存占用会达到60%-80%, 没有那么多理想的单元live object很少方便迅速回收，同时compact方面开销比起parallel并没明显减少。
4. Concurent Mark-Sweep(CMS) Collector
young generation = parallel collector = 2
old = cms
同时不做 compact 操作。
优点：pause time会降低, pause敏感但CPU有空闲的场景需要建议使用策略4.
缺点：cpu占用过多，cpu密集型服务器不适合。另外碎片太多，每个object的存储都要通过链表连续跳n个地方，空间浪费问题也会增大。
几条经验：
1. java -server
2. 设置Xms=Xmx=3/4物理内存
3. 如果是CPU密集型服务器，使用–XX:+UseParallelOldGC, 否则–XX:+UseConcMarkSweepGC
4. 新生代,Parallel/ParallelOld可设大于Xmx1/4，CMS可设小，小于Xmx1/4
5. 优化程序，特别是每个用户的session中的集合类等。我们的一个模块中session中曾经为每个用户使用了一个ConcurrentHashMap, 里面通常只有几条记录，后来改成数组之后，每台机大概节约了1~2G内存。
不过总的说来，Java的GC算法感觉是业界最成熟的，目前很多其他语言或者框架也都支持GC了，但大多数都是只达到Java Serial gc这种层面，甚至分generation都未考虑。JDK7里面针对CMS又进行了一种改进，会采用一种G1(Garbage-First Garbage Collection)的算法。实际上Garbage-First paper(PDF) 2004年已经出来了，相信到JDK7已经可以用于严格生产环境，有时间也会进一步介绍一下G1。
另外在今年的Sun Tech Days上Joey Shen讲的Improving Java Performance(PDF)也是一个很好的Java GC调优的入门教程。