JVM：19 线上部署系统时，如何设置垃圾回收相关参数？

Posted 2021-09-28 鮀城小帅

1. 回顾CMS的 STW

为了避免长时间STW，CMS采用了4个阶段来垃圾回收，其中初始标记和重新标记，耗时很短，虽然会导致 “Stop the World” ，但是影响不大。

然后并发标记和并发清理，两个阶段耗时最长，但是可以跟系统的工作线程并发运行，所以对系统没有太大影响。

这就是CMS的基本工作原理。

2.并发回收垃圾导致CPU资源紧张

如图，由于在垃圾回收的并发标记和并发清理两个阶段，同时让系统同时工作，会导致有限的CPU资源被垃圾回收线程占用了一部分。

并发标记的时候， 需要对GC Roots进行深度追踪，看所有对象里面到的有多少存活的。但是因为老年代里存活对象是比较多的，这个过程会追踪大量的对象，所以耗时较高。

并发清理，又需要把垃圾对象从各种随机的内存位置清理掉，也是比较耗时的。

所以在这两个阶段，CMS的垃圾回收线程是比较耗费CPU资源的。CMS默认启动的垃圾回收线程的数量是 （CPU核数 + 3）/ 4。

举例，用最普通的2核4G机器和4核8G机器来计算，前者因为CPU资源有限，此时CMS 还会有个 “(2 + 3) / 4” = 1 个垃圾回收线程，去占用宝贵的一个CPU。

所以CMS这个并发垃圾回收的机制，第一个问题就是会消耗CPU资源。

3. Concurrent Mode Failure问题

Concurrent Mode Failure问题，也就是并发模式失败的问题。

在并发清理阶段，CMS只不过是回收之前标记好的垃圾对象。

这一阶段的系统在运行时，可能会有一些对象进入老年代，同时还变成垃圾对象，这种垃圾对象是 “浮动垃圾” 。

如上图，标记为“新的” 的对象就是在并发清理期间，系统程序可能先把某些对象分配在新生代，然后可能触发了Minor GC，一些对象进入老年代，然后短时间内又没人引用这些对象了。

这种对象，就是老年代的“浮动垃圾” 。它虽然成了垃圾，但CMS只能回收之前标记出来的垃圾对象，不会回收他们，需要等到下一次GC的时候才会回收他们。

所以，为了保证在CMS垃圾回收期间，还有一定的内存空间让一些对象可以进入老年代，一般会预留一些空间。

CMS垃圾回收的触发时机，其中有一个就是当老年代内存占用达到一定比例了，就自动执行GC。

使用 “-XX:CMSInitiatingOccupancyFaction” 参数来设置老年代占用多少比例的时候触发CMS垃圾回收，JDK 1.6 里面默认的值是 92%。

意思是，老年代占用了 92%的空间了，就自动进行CMS垃圾回收，预留8%的空间个并发回收期间，系统程序把一些新对象放入老年代中。

当CMS垃圾回收期间，系统程序要放入老年代的对象大于可用内存空间，就会发生 Concurrent Mode Failure，就是说并发垃圾回收失败了，一边回收，一边把对象放入老年代，内存都不够了。

此时就会自动用 “Serial Old” 垃圾回收器替代CMS，也就是直接强行把系统程序 STW ，重新进行长时间的GC Roots追踪，标记出来全部垃圾对象，不允许新的对象产生。

然后一次性把垃圾对象都回收掉，完事儿了再恢复系统线程。

在实际生产中，这个自动触发CMS垃圾回收的比例需要合理优化，避免 “Concurrent Mode Failure” 问题。

4. 内存碎片问题

 老年代的CMS采用 “标记-清理” 算法，每次标记出垃圾对象，然后一次性回收掉，都会导致大量的内存碎片产生。

如果内存碎片太多，会导致后续进入老年代的对象找不到可用的连续内存空间，然后触发Full GC。

CMS中的参数 “-XX:+UseCMSCompactAtFullCollection” ，默认打开了，它的意思是在Full GC之后要再次进行 STW，停止工作线程，然后进行碎片整理，就是把存活对象挪到一起，空出来大片连续内存空间，避免内存碎片。

另一个参数 “-XX:CMSFullGCsBeforeCompaction” ，意思是执行多少次Full GC之后再执行一次内存碎片整理的工作，默认是0，即每次Full GC之后都会进行一次内存整理。

在内存碎片整理完之后，存活对象都放在一起，然后就能空出来大片连续内存空间可供使用。

5. 思考题

有哪几个触发老年代GC的时机？

答：

第一，是老年代可用内存小于新生代全部对象的大小，如果没开启空间担保参数，会直接触发Full GC，所以一般空间担保参数都会打开；

第二，老年代可用内存小于历次新生代GC后进入老年代的平均对象大小，此时会提前Full GC；

第三，新生代Minor GC后的存活对象大于Survivor，那么就会进入老年代，此时若老年代内存不足，就会进行Full GC。

新增第四点，当配置了 "-XX:CMSInitiatingOccupancyFaction" 参数，老年代使用率达到临界点，触发Full GC。