（JVM调优）GC调优

GC调优

GC调优指的是对JVM的垃圾回收部分进行调优，其目标是避免由垃圾回收引起的程序性能下降；

其调优的核心分为三部分

通用JVM参数的设置
特定垃圾回收期的JVM参数设置
解决频繁的Full GC造成的性能问题

GC调优的核心指标

业务吞吐量：一段时间内程序需要完成的业务数量
垃圾回收吞吐量：CPU用于执行用户代码的时间与CPU总执行时间的比值
延迟：用户发起一个请求到收到相应之间经历的时间
内存使用量：Java程序占系统内存的最大值，在满足上面的指标的前提下，内存用量越少越好

GC调优的方法

GC调优与内存调优一样，也是分为发现->诊断->修复->验证四个阶段

发现阶段

我们可以通过使用jstat工具，visualvm插件，Prometheus + Grafana，观察GC日志，GC Viewer工具，GCeasy工具来帮助我们发现问题

诊断阶段

CG的正常情况

呈现锯齿状，对象创建后内存使用增加，在经过垃圾清理后大幅回落，且每次回收之后的使用内存大小接近，留存对象较少

缓存对象过多的情况

与正常情况类似，但是在清理后的内存占用仍然较高

原因：程序中保存了大量缓存对象（临时存储在内存中的数据），导致GC无法释放，可以使用MAT或者HeapHero等工具来具体分析原因

内存泄露

呈现锯齿状，每次GC之后的内存使用一次比一次多，最后完全无法释放内存，导致OutOfMemory错误

原因：程序中保存了大量的内存泄露对象，导致GC之后无法释放，同样可以使用MAT或者HeapHero等工具来具体分析原因

连续的Full GC

在某个时间点出现多次Full GC，CPU使用率拉满，无法处理用户请求，一段时间后恢复正常

原因：在该时间点请求量激增，程序开始产生大量对象，同时垃圾收集速度跟不上对象创建的速度，进而导致不断地Full GC

元空间不足导致的Full GC

发生该问题时，堆内存占用明明不高，可是还是不断的发生Full GC

原因：元空间大小不足，导致持续触发Full GC来回收元空间的数据

修复阶段

下面介绍四种解决GC的手段，第四种方案仅建议在前三种方案无法解决时使用

1.优化JVM参数

参数1：-Xmx 和 -Xms

-Xmx 设置的是最大堆内存，需要注意的是，计算可用内存时，需要将元数据、操作系统和其他软件占用的内存排除掉。eg：服务器内存4G，操作系统+元空间最大值+其它软件占用1.5G，-Xmx可以设置为2g。

-Xms 设置初始堆大小，这里建议将Xms和Xmx设置一样大，这样有以下优点

运行性能好（减少堆扩容导致的性能损耗），可用性好（与同在运行的其他程序抢占内存），启动速度快（GC次数少）

最合理的设置方式应该是根据最大并发量估算服务器的配置，然后再根据服务器配置计算最大堆内存的值。
-xx:MaxMetaspaceSize 和 -xx:MetaSpaceSice

-XX:MaxMetaspaceSize=值参数指的是最大元空间大小，默认值比较大，如果出现元空间内存泄漏会让操作系统可用内存不可控，建议根据测试情况设置最大值，一般设置为256m。

-XX:MetaspaceSize=值参数指的是到达这个值之后会触发FULLGC（网上很多文章的初始元空间大小是错误的），后续什么时候再触发JVM会自行计算。如果设置为和MaxMetaspaceSize一样大，就不会FULLGC，但是对象也无法回收。
-Xss 虚拟机栈大小

如果我们不指定栈的大小，JVM 将创建一个具有默认大小的栈。大小取决于操作系统和计算机的体系结构。
不建议手动设置的参数
- -Xmn 年轻代的大小；在设置这个值之前需要进行大量的计算，不建议手动修改。同时如果使用G1垃圾回收器，就尽量不要使用该值，因为G1会动态地调整年轻代的大小
- ‐XX:SurvivorRatio 伊甸园区和幸存者区的大小比例，默认值为8。
- ‐XX:MaxTenuringThreshold 最大晋升阈值，年龄大于此值之后，会进入老年代。JVM有动态年龄判断机制：将年龄从小到大的对象占据的空间加起来，如果大于survivor区域的50%，然后把等于或大于该年龄的对象，放入到老年代，所以也不建议修改
其他参数
- -XX:+DisableExplicitGC
  
  禁止在代码中使用System.gc()， System.gc()可能会引起FULLGC，在代码中尽量不要使用。使用DisableExplicitGC参数可以禁止使用System.gc()方法调用
- -XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError：发生OutOfMemoryError错误时，自动生成hprof内存快照文件。
  
  -XX:HeapDumpPath=：指定hprof文件的输出路径。
- 打印GC日志
  
  JDK8及之前： -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:文件路径
  
  JDK9及之后： -Xlog:gc*:file=文件路径

JVM参数模版

-Xms1g
-Xmx1g
-Xss256k
-XX:MaxMetaspaceSize=512m 
-XX:+DisableExplicitGC
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError
-XX:HeapDumpPath=/opt/logs/my-service.hprof
-XX:+PrintGCDetails
-XX:+PrintGCDateStamps
-Xloggc:文件路径

注意：

JDK9及之后gc日志输出修改为 -Xlog:gc*:file=文件名

堆内存大小和栈内存大小根据实际情况灵活调整。

2.减少对象产生

大多数场景下的FULLGC是由于对象产生速度过快导致的，减少对象产生可以有效的缓解FULLGC的发生

对对象进行复用：重复创建和销毁对象会增加GC的负担。因此，可以尽量避免频繁创建和销毁对象，而是通过对象的复用来减少对象的产生。
使用对象池：对象池是一种缓存对象的机制。通过预先创建一定数量的对象，并将其保存在池中，当需要对象时，从池中获取，使用完毕后再放回池中。这样可以避免频繁创建和销毁对象，减少GC的压力。
及时释放对象引用：在对象不再使用时，及时将其引用置为null