浅析JVM中的GC日志

Posted 2020-08-25

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　　一、GC日志的格式分析

　　二、运行时开启GC日志

 

一、GC日志的格式分析

在讲述GC日志之前，我们先来运行下面这段代码

 1 package com.example;
 2 
 3 public class TestMinorGC {
 4     private static final int _1MB = 1024*1024;
 5 
 6     public static void testAllocation() {
 7         byte[] allocation1, allocation2, allocation3, allocation4;
 8 
 9         allocation1 = new byte[2 * _1MB];
10         allocation2 = new byte[2 * _1MB];
11         allocation3 = new byte[2 * _1MB];
12         allocation4 = new byte[4 * _1MB];
13     }
14 
15     public static void main() {
16         testAllocation();
17     }
18 }

 

配置如下的虚拟机参数运行上述程序：

1 vm option: -Xms20M -Xmx20M -Xmn10M -verbose:gc -XX:+PrintGCDetails -XX:SurvivorRatio=8

注： -XX:+PrintGCDetails参数用于告诉虚拟机在发生垃圾收集行为时打印内存回收日志，并且在进程退出的时候输出当前内存的各区域分配情况。

 

最终，程序输出：

 1 [GC [PSYoungGen: 7307K->480K(9216K)] 7307K->6624K(19456K), 0.0072860 secs] [Times: user=0.01 sys=0.01, real=0.00 secs]
 2 [Full GC [PSYoungGen: 480K->0K(9216K)] [ParOldGen: 6144K->6476K(10240K)] 6624K->6476K(19456K) [PSPermGen: 2920K->2919K(21504K)], 0.0178620 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
 3 [Full GC [PSYoungGen: 4354K->1024K(9216K)] [ParOldGen: 6476K->9536K(10240K)] 10831K->10560K(19456K) [PSPermGen: 2921K->2921K(21504K)], 0.0139610 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.02 secs]
 4 [Full GC [PSYoungGen: 7339K->0K(9216K)] [ParOldGen: 9536K->4419K(10240K)] 16876K->4419K(19456K) [PSPermGen: 3004K->3004K(21504K)], 0.0120490 secs] [Times: user=0.02 sys=0.00, real=0.01 secs]
 5 Heap
 6  PSYoungGen      total 9216K, used 4190K [0x00000007ff600000, 0x0000000800000000, 0x0000000800000000)
 7   eden space 8192K, 51% used [0x00000007ff600000,0x00000007ffa17a18,0x00000007ffe00000)
 8   from space 1024K, 0% used [0x00000007ffe00000,0x00000007ffe00000,0x00000007fff00000)
 9   to   space 1024K, 0% used [0x00000007fff00000,0x00000007fff00000,0x0000000800000000)
10  ParOldGen       total 10240K, used 4419K [0x00000007fec00000, 0x00000007ff600000, 0x00000007ff600000)
11   object space 10240K, 43% used [0x00000007fec00000,0x00000007ff050eb0,0x00000007ff600000)
12  PSPermGen       total 21504K, used 3010K [0x00000007f9a00000, 0x00000007faf00000, 0x00000007fec00000)
13   object space 21504K, 14% used [0x00000007f9a00000,0x00000007f9cf0bf8,0x00000007faf00000)

程序输出一大段看不懂的文字，这些就是本文要讲述的GC日志，下面来介绍一下GC日志的格式：

（1）GC, Full GC说明了这次垃圾收集的停顿类型，而不是用来区分新生代GC还是老年代GC。如果有"Full"，则表示这次GC发生了"Stop-The-World"。

（2）PSYoungGen, ParOldGen，PSPermGen表示GC发生的区域，这里显示的区域名称与使用的GC收集器密切相关，不同收集器对于不同区域所显示的名称可能不同。

（3）接下来"7307K->480K(9216K)"的含义是：GC前该内存区域已使用容量 -> GC后该内存区域已使用容量(该内存区域的总容量)。

（4）"7307K->6624K(19456K)"的含义是：GC前Java堆已使用容量 -> GC后Java堆已使用容量（Java堆总容量） 。

（5）"0.0072860 secs" 表示该内存区域GC所占用的时间，单位是秒。

（6）[Times: user=0.01 sys=0.01, real=0.00 secs]：分别表示用户态消耗CPU时间, 内核态消耗CPU时间，操作从开始到结束所经过的墙钟时间。

　　PS，CPU时间与墙钟时间的区别是：墙钟时间包括各种非运算的等待耗时，例如等待磁盘I/O、等待线程阻塞等；而CPU时间不包括这些耗时。

　　当系统有多cpu或者多核的话，多线程操作会叠加这些CPU时间，所以有时看到user或sys时间超过real时间是完全正常的。

 

二、运行时开启GC日志

我们经常会遇到JVM运行时出错的情况。若能在启动时加入一些启动选项（startup option），便可以获取与bug相关的重要线索，从而有希望根治它们。但在实际操作时，我们总是忘记添加-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError 或 -XX:+PrintGCDetails这样必要的flag。

每当面对如此窘境，我们只能关闭JVM，修改启动参数（startup parameter），然后默默祈祷，希望问题场景（problematic situation）能在重启之后得以重现。这种方法偶尔奏效，在场景重现后你或许还能收集到足够的证据，以便动手根治潜在的问题。

不难看出，前文所述的方法问题显著——你必须执行一次额外的重启才能加入那烦人的debug选项，而不能借助中断（outage）实现。事实上，JDK bundle提供了一种可行的变通方案，如果将之收入麾下，偶尔还能从中获益。

 

jinfo

在JDK bundle中隐藏着一个精悍的小工具——jinfo。作为一个命令行工具，jinfo用于收集正在运行的Java进程的配置信息。jinfo吸引眼球的地方在于，它能通过-flag选项动态修改指定的Java进程中的某些JVM flag的值。虽然这样的flag数量有限，但它们偶尔能够帮助到你。通过以下的命令你便能看到JVM中哪些flag可以被jinfo动态修改：

my-precious me$ java -XX:+PrintFlagsFinal -version|grep manageable
     intx CMSAbortablePrecleanWaitMillis            = 100                                 {manageable}
     intx CMSWaitDuration                           = 2000                                {manageable}
     bool HeapDumpAfterFullGC                       = false                               {manageable}
     bool HeapDumpBeforeFullGC                      = false                               {manageable}
     bool HeapDumpOnOutOfMemoryError                = false                               {manageable}
     ... cut for brevity ...
     bool PrintGC                                   = false                               {manageable}
     bool PrintGCDateStamps                         = false                               {manageable}
     bool PrintGCDetails                            = false                               {manageable}
     bool PrintGCTimeStamps                         = false                               {manageable}

通过选项-XX:+PrintFlagsFinal可以列出所有的JVM flag，而其中的标注为manageable 的flag则是值得我们关注的部分。这些flag可通过JDK management interface（-XX:+PrintFlagsFinal）动态修改。虽然在JConsole中也能查到与其十分相似的MBean。但在我看来，以命令行的方式查看它们更加的便捷。

 

如何使用jinfo

让我们通过实战来学习如何使用jinfo。在下面的例子中，我们将在一个正在运行的JVM中动态开启GC日志功能：

my-precious me$ jps
12278 HighAllocationRate
12279 Jps
12269 JConsole
my-precious me$ jinfo -flag +PrintGCDetails 12278
my-precious me$ jinfo -flag +PrintGC 12278
my-precious me$

在jinfo中需要打开-XX:+PrintGC和 -XX:+PrintGCDetails两个选项才能开启GC日志，这与用命令行参数的方式实现有着细微的差别——如果你通过启动脚本（startup script）来设置参数，仅需-XX:+PrintGCDetails即可，因为-XX:+PrintGC会被自动打开。

不过，从standard output的结果来看，PID为12278的进程的GC日志的确能够滚动地显示出来：

...
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 876416K->102624K(909312K)] 1094420K->320820K(1161216K), 0.2173131 secs] [Times: user=0.74 sys=0.00, real=0.22 secs] 
...
[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 890304K->102240K(917504K)] 1108924K->320956K(1169408K), 0.2446639 secs] [Times: user=0.82 sys=0.01, real=0.25 secs] 
...

同理，若想关闭GC日志功能，只需要执行jinfo -flag -PrintGCDetails 12278和 jinfo -flag -PrintGC 12278命令即可。