JVM（Java虚拟机）垃圾回收器（GC）负责自动管理内存。它通过回收不再被使用的对象来释放内存，防止内存泄漏，确保程序高效运行。下面是JVM垃圾回收的高层次概述：
1. 堆内存结构：
JVM中的堆是对象的分配区域，通常分为以下几个区域：
- 年轻代（Young Generation）：包含新创建的对象。年轻代进一步分为：
- Eden空间：新创建的对象首先分配在这里。
- 幸存者空间（Survivor Spaces）：通常有两个幸存者空间（S0和S1），存放经历过垃圾回收后仍然存活的对象。
- 老年代（Old Generation，或称Tenured Generation）：存储生命周期较长的对象，GC不频繁回收。
- 永久代（Permanent Generation）：用于存储类、方法等元数据。在Java 8及之后版本中，永久代被Metaspace替代。
2. 垃圾回收算法：
JVM提供了多种垃圾回收算法，每种算法有不同的性能特点：
- Serial垃圾回收器：单线程的回收器，适用于小堆和低延迟要求的应用。
- Parallel垃圾回收器：也叫吞吐量回收器，使用多线程，适合堆较大、可以接受较长GC暂停的应用。
- CMS（Concurrent Mark-Sweep）垃圾回收器：低延迟的垃圾回收器，减少GC暂停时间，通过与应用线程并发执行来回收垃圾。已被G1取代。
- G1垃圾回收器（Garbage First）：适用于大堆和低延迟要求的应用，G1通过优先回收最有可能产生暂停的区域来平衡暂停时间和吞吐量。
- ZGC（Z Garbage Collector）：低延迟垃圾回收器，旨在提供极小的GC暂停时间，适用于超大堆（TB级别）。
- Shenandoah垃圾回收器：另一种低延迟垃圾回收器，特别适用于大堆，减少GC暂停时间。
3. 垃圾回收过程：
垃圾回收通常包括以下几个阶段：
- 标记阶段：垃圾回收器标记所有可达对象。通过从根对象（如局部变量、静态字段等）开始遍历对象图，标记所有被引用的对象。
- 清除阶段：标记后，回收器回收未标记的（不可达的）对象，释放内存。
- 压缩阶段：将存活的对象移动，消除堆中的碎片。这样可以减少内存的浪费。
4. 垃圾回收的调优：
可以通过各种JVM参数来调节垃圾回收行为，例如：
-Xms：设置初始堆大小。-Xmx：设置最大堆大小。-XX:+UseG1GC：启用G1垃圾回收器。-XX:+UseParallelGC：启用Parallel垃圾回收器。-XX:MaxGCPauseMillis=<time>：为G1等低延迟回收器设置最大GC暂停时间目标。-XX:+PrintGCDetails：输出GC详细日志，帮助分析GC情况。
5. GC日志和监控：
监控和分析GC活动对于确保应用程序的性能至关重要：
- GC日志：启用详细的GC日志记录，分析GC的频率、停顿时间以及回收的内存量。
- JVM监控工具：工具如JVisualVM、JConsole等，可以帮助可视化GC活动和堆使用情况。
6. 对应用性能的影响：
- GC暂停：GC过程可能会导致应用暂停，长时间的GC暂停会影响用户体验和性能。
- 吞吐量与延迟：一些回收器（如ParallelGC）侧重于吞吐量，即较长的GC暂停时间，适合可以容忍暂停的应用。而G1或ZGC等回收器则优先考虑最小化GC暂停时间，即使这意味着GC会更频繁发生。
垃圾回收的调优和选择合适的GC算法，对于提高Java应用的性能和响应速度至关重要。
## **频繁full gc，如何诊断与解决**
频繁的 Full GC（完全垃圾回收）可能会严重影响 Java 应用的性能，导致长时间的暂停和吞吐量降低。解决这一问题通常需要诊断和优化应用程序的堆内存、垃圾回收设置、对象生命周期等方面。下面是一些常见的诊断和解决方案：
### 1. **查看 GC 日志**
首先，启用 GC 日志来分析垃圾回收的详细信息。可以通过以下 JVM 参数启用详细的 GC 日志：
```bash
-XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -Xloggc:<path-to-log-file>
```
### 2. **分析 GC 日志**
通过分析日志，你可以查看：
- **Full GC 的频率和持续时间**：查看 Full GC 发生的频率，以及每次 Full GC 的耗时。
- **堆内存使用情况**：分析堆内存是否在 Full GC 前已经接近满。频繁的 Full GC 通常表明堆内存不够用或存在内存泄漏。
- **年轻代与老年代的分配情况**：检查是否频繁发生老年代的回收（尤其是 Full GC）。如果老年代的对象过多，可能需要调整堆内存的分配。
### 3. **分析堆内存大小**
Full GC 通常发生在以下几种情况：
- **堆内存不足**：如果堆内存设置过小，应用程序可能无法容纳足够的对象，导致频繁的 Full GC。
- **老年代空间不足**：如果年轻代对象频繁晋升到老年代，而老年代空间不足，也会触发 Full GC。
#### 解决方案：
- **增加堆内存大小**：可以通过调整 `-Xms` 和 `-Xmx` 参数来增加堆内存的初始大小和最大大小：
```bash
-Xms4g -Xmx4g
```
- **调整老年代大小**：可以通过 `-XX:MaxTenuringThreshold` 参数调整对象晋升到老年代的阈值，避免过早地将对象晋升到老年代。
```bash
-XX:MaxTenuringThreshold=15
```
- **使用 G1 或其他 GC 算法**：如果你使用的是 Parallel GC 或 CMS，尝试切换到 G1 垃圾回收器。G1 通过划分堆空间来动态优化垃圾回收，减少 Full GC 的发生：
```bash
-XX:+UseG1GC
```
### 4. **分析对象生命周期**
频繁的 Full GC 可能是由于对象生命周期的管理不当导致的，比如对象长期占用内存，或者有内存泄漏。可以通过以下方式诊断和优化：
- **内存泄漏**：使用内存分析工具（如 **MAT**（Memory Analyzer Tool）、**JProfiler** 或 **VisualVM**）来检查是否存在内存泄漏。泄漏的对象会长期占用堆内存，导致频繁的 Full GC。
- **对象的创建与销毁**：优化对象的生命周期，避免创建过多的短命对象，尤其是对于大对象的创建和销毁。减少垃圾回收的负担。
### 5. **调整垃圾回收器**
有时，频繁的 Full GC 是由于使用了不适合的垃圾回收器。以下是一些优化 GC 性能的建议：
- **使用 G1 GC**：G1 是一个旨在减少 Full GC 暂停时间的回收器，它通过将堆划分为多个区域来分阶段回收，避免长时间的停顿。
```bash
-XX:+UseG1GC
-XX:MaxGCPauseMillis=200
```
- **调整 G1 参数**：如果使用 G1，可以调优相关参数来减少 Full GC 频率和暂停时间：
```bash
-XX:G1HeapRegionSize=8m # 调整 G1 区域的大小
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=45 # 当堆内存使用达到 45% 时，开始进行并发标记
```
### 6. **堆内存的分配和调整**
Full GC 可能是由于堆内存空间不合理的分配，导致老年代空间不足。你可以通过调整以下参数来优化堆内存管理：
- **年轻代的大小**：如果年轻代过小，更多对象会被晋升到老年代，从而导致老年代的 Full GC。可以调整年轻代的大小：
```bash
-XX:NewRatio=3 # 年轻代与老年代的比例，3意味着年轻代占堆的1/4，老年代占3/4
-XX:SurvivorRatio=8 # Eden和Survivor空间的比例
```
- **增大老年代的空间**：如果老年代的空间过小，可以通过调整以下参数来增大老年代的空间：
```bash
-XX:PermSize=256m -XX:MaxPermSize=512m # 适用于永久代（如果是Java 7及以下）
-XX:MaxMetaspaceSize=512m # 适用于Metaspace（Java 8及以上）
```
### 7. **其他可能的原因和优化**
- **多线程竞争**：如果应用程序使用大量线程且线程竞争非常激烈，GC也可能频繁发生。优化线程池和线程管理，避免线程数过多。
- **大量大对象**：如果频繁创建和销毁大对象（如大数组、大集合等），这些对象可能会直接进入老年代，导致老年代频繁GC。你可以考虑对象的池化技术，复用大对象，减少频繁的对象创建和销毁。
### 总结
频繁的 Full GC 通常是由堆内存配置不当、垃圾回收器选择不合适、对象生命周期管理不善或内存泄漏等问题引起的。通过启用和分析 GC 日志，增加堆内存、调整垃圾回收器、优化对象生命周期等手段，可以有效减少 Full GC 的发生，提升应用的性能。
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2024/12/24 15:27