现阶段的GC turning，以及展望未来。

用一句话证明你的JVM水平很牛~

GC的基础知识

1.什么是垃圾

C语言申请内存：malloc free

C++： new delete

c/C++ 手动回收内存

Java: new ？

自动内存回收，编程上简单，系统不容易出错，手动释放内存，容易出两种类型的问题：

1. 忘记回收
2. 多次回收

没有任何引用指向的一个对象或者多个对象（循环引用）

2.如何定位垃圾

1. 引用计数（ReferenceCount） Python等轻量级语言
   
   
2. 根可达算法(RootSearching) Hotspot
   

3.常见的垃圾回收算法

1. 标记清除(mark sweep) - 位置不连续 产生碎片 效率偏低（两遍扫描）
2. 拷贝算法 (copying) - 没有碎片，浪费空间
   
3. 标记压缩(mark compact) - 没有碎片，效率偏低（两遍扫描，指针需要调整）
   

4.JVM内存分代模型（用于分代垃圾回收算法）

1. 部分垃圾回收器使用的模型

   除Epsilon ZGC Shenandoah之外的GC都是使用逻辑分代模型

   G1是逻辑分代，物理不分代

   除此之外不仅逻辑分代，而且物理分代

2. 新生代 + 老年代 + 永久代（1.7）Perm Generation/ 元数据区(1.8) Metaspace

   1. 永久代 元数据 - Class
   2. 永久代必须指定大小限制 ，元数据可以设置，也可以不设置，无上限（受限于物理内存）
   3. 字符串常量 1.7 - 永久代，1.8 - 堆
   4. MethodArea逻辑概念 - 永久代、元数据

3. 新生代 = Eden + 2个suvivor区

   1. YGC回收之后，大多数的对象会被回收，活着的进入s0
   2. 再次YGC，活着的对象eden + s0 -> s1
   3. 再次YGC，eden + s1 -> s0
   4. 年龄足够 -> 老年代 （15 CMS 6）
   5. s区装不下 -> 老年代

4. 老年代

   1. 顽固分子
   2. 老年代满了FGC Full GC
      

5. GC Tuning (Generation)

   1. 尽量减少FGC
   2. MinorGC = YGC
   3. MajorGC = FGC

6. 对象分配过程图
   

7. 动态年龄：（不重要）
   https://www.jianshu.com/p/989d3b06a49d

8. 分配担保：（不重要）
   YGC期间 survivor区空间不够了 空间担保直接进入老年代
   参考：https://cloud.tencent.com/developer/article/1082730

10种GC垃圾回收器

1. 垃圾回收器的发展路线，是随着内存越来越大的过程而演进
   从分代算法演化到不分代算法
   Serial算法 几十兆
   Parallel算法 几个G
   CMS 几十个G - 承上启下，开始并发回收 -
   .- 三色标记 -
2. JDK诞生 Serial追随 提高效率，诞生了PS，为了配合CMS，诞生了PN，CMS是1.4版本后期引入，CMS是里程碑式的GC，它开启了并发回收的过程，但是CMS毛病较多，因此目前任何一个JDK版本默认是CMS
   并发垃圾回收是因为无法忍受STW
3. Serial 年轻代 串行回收
4. PS 年轻代 并行回收
5. ParNew 年轻代 配合CMS的并行回收
6. SerialOld
7. ParallelOld
8. ConcurrentMarkSweep 老年代 并发的， 垃圾回收和应用程序同时运行，降低STW的时间(200ms)
   CMS问题比较多，所以现在没有一个版本默认是CMS，只能手工指定
   CMS既然是MarkSweep，就一定会有碎片化的问题，碎片到达一定程度，CMS的老年代分配对象分配不下的时候，使用SerialOld 进行老年代回收
   想象一下：
   PS + PO -> 加内存 换垃圾回收器 -> PN + CMS + SerialOld（几个小时 - 几天的STW）
   几十个G的内存，单线程回收 -> G1 + FGC 几十个G -> 上T内存的服务器 ZGC
   算法：三色标记 + Incremental Update
9. G1(200ms - 10ms)
   算法：三色标记 + SATB
10. ZGC (10ms - 1ms) PK C++
    算法：ColoredPointers + LoadBarrier
11. Shenandoah
    算法：ColoredPointers + WriteBarrier
12. Eplison
13. PS 和 PN区别的延伸阅读：
    ▪https://docs.oracle.com/en/java/javase/13/gctuning/ergonomics.html#GUID-3D0BB91E-9BFF-4EBB-B523-14493A860E73
14. 垃圾收集器跟内存大小的关系
    1. Serial 几十兆
    2. PS 上百兆 - 几个G
    3. CMS - 20G
    4. G1 - 上百G
    5. ZGC - 4T - 16T（JDK13）

1.8默认的垃圾回收：PS + ParallelOld

CMS工作的四个阶段：

main方法里的对象，是root对象，在初始的STP阶段，它们会被注有初始标记，它们会形成对象图，在工作过程中产生大量的垃圾。

在工作过程中，不需要STP，没用的垃圾会被标为并发标记。

重新标记，会STP来，重新标记，避免之前发生的漏标和错标。

最后，在并发过程中进行清理。

CMS和G1都是采用三色标记。

如上情况，D会被漏标。
CMS的解决方案：
Incremental Update

但是，并发状态下，依然会漏标。

G1（Garbage First）的解决方案：
Snapshot At the Begining

当B->D消失时，把这个引用推到了GC堆栈，保证还能被GC扫描到。

G1 Rset浪费空间，

ZGC：
性能强大，号称Zero Paused GC

常见垃圾回收器组合参数设定：(1.8)

• -XX:+UseSerialGC = Serial New (DefNew) + Serial Old

  • 小型程序。默认情况下不会是这种选项，HotSpot会根据计算及配置和JDK版本自动选择收集器

• -XX:+UseParNewGC = ParNew + SerialOld

  • 这个组合已经很少用（在某些版本中已经废弃）
  • https://stackoverflow.com/questions/34962257/why-remove-support-for-parnewserialold-anddefnewcms-in-the-future

• -XX:+UseConc(urrent)MarkSweepGC = ParNew + CMS + Serial Old

• -XX:+UseParallelGC = Parallel Scavenge + Parallel Old (1.8默认) 【PS + SerialOld】

• -XX:+UseParallelOldGC = Parallel Scavenge + Parallel Old

• -XX:+UseG1GC = G1

• Linux中没找到默认GC的查看方法，而windows中会打印UseParallelGC

  • java +XX:+PrintCommandLineFlags -version
  • 通过GC的日志来分辨

• Linux下1.8版本默认的垃圾回收器到底是什么？

  • 1.8.0_181 默认（看不出来）Copy MarkCompact
  • 1.8.0_222 默认 PS + PO

JVM调优第一步，了解JVM常用命令行参数

• JVM的命令行参数参考：https://docs.oracle.com/javase/8/docs/technotes/tools/unix/java.html

• HotSpot参数分类

  标准： - 开头，所有的HotSpot都支持

  非标准：-X 开头，特定版本HotSpot支持特定命令

  不稳定：-XX 开头，下个版本可能取消

  java -version

  java -X

  java -XX:+PrintFlagsWithComments //只有debug版本能用

  1. 区分概念：内存泄漏memory leak，内存溢出out of memory

2. java -XX:+PrintCommandLineFlags HelloGC
3. java -Xmn10M -Xms40M -Xmx60M -XX:+PrintCommandLineFlags -XX:+PrintGC HelloGC
   PrintGCDetails PrintGCTimeStamps PrintGCCauses
4. java -XX:+UseConcMarkSweepGC -XX:+PrintCommandLineFlags HelloGC
5. java -XX:+PrintFlagsInitial 默认参数值
6. java -XX:+PrintFlagsFinal 最终参数值
7. java -XX:+PrintFlagsFinal | grep xxx 找到对应的参数
8. java -XX:+PrintFlagsFinal -version |grep GC
9. java -XX:+PrintFlagsFinal -version | wc -l
   共728个参数

什么是调优

1. 根据需求进行JVM规划和预调优
2. 优化运行JVM运行环境（慢，卡顿）
3. 解决JVM运行过程中出现的各种问题(OOM)

调优前的基础概念：

1. 吞吐量：用户代码时间 /（用户代码执行时间 + 垃圾回收时间）
2. 响应时间：STW越短，响应时间越好

所谓调优，首先确定，追求啥？吞吐量优先，还是响应时间优先？还是在满足一定的响应时间的情况下，要求达到多大的吞吐量…

问题：

科学计算，吞吐量。数据挖掘，thrput。吞吐量优先的一般：（PS + PO）

响应时间：网站 GUI API （1.8 G1）

调优，从规划开始

• 调优，从业务场景开始，没有业务场景的调优都是耍流氓

• 无监控（压力测试，能看到结果），不调优

• 步骤：

  1. 熟悉业务场景（没有最好的垃圾回收器，只有最合适的垃圾回收器）
     1. 响应时间、停顿时间 [CMS G1 ZGC] （需要给用户作响应）
     2. 吞吐量 = 用户时间 /( 用户时间 + GC时间) [PS]
  2. 选择回收器组合
  3. 计算内存需求（经验值 1.5G 16G）
  4. 选定CPU（越高越好）
  5. 设定年代大小、升级年龄
  6. 设定日志参数
     1. -Xloggc:/opt/xxx/logs/xxx-xxx-gc-%t.log -XX:+UseGCLogFileRotation -XX:NumberOfGCLogFiles=5 -XX:GCLogFileSize=20M -XX:+PrintGCDetails -XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCCause
     2. 或者每天产生一个日志文件
  7. 观察日志情况

优化环境

1. 有一个50万PV的资料类网站（从磁盘提取文档到内存）原服务器32位，1.5G
   的堆，用户反馈网站比较缓慢，因此公司决定升级，新的服务器为64位，16G
   的堆内存，结果用户反馈卡顿十分严重，反而比以前效率更低了
   1. 为什么原网站慢?
      很多用户浏览数据，很多数据load到内存，内存不足，频繁GC，STW长，响应时间变慢
   2. 为什么会更卡顿？
      内存越大，FGC时间越长
   3. 咋办？
      PS -> PN + CMS 或者 G1
2. 系统CPU经常100%，如何调优？(面试高频)
   CPU100%那么一定有线程在占用系统资源，
   1. 找出哪个进程cpu高（top）
   2. 该进程中的哪个线程cpu高（top -Hp）
   3. 导出该线程的堆栈 (jstack)
   4. 查找哪个方法（栈帧）消耗时间 (jstack)
   5. 工作线程占比高 | 垃圾回收线程占比高
3. 系统内存飙高，如何查找问题？（面试高频）
   1. 导出堆内存 (jmap)
   2. 分析 (jhat jvisualvm mat jprofiler … )
4. 如何监控JVM
   1. jstat jvisualvm jprofiler arthas top…