JVM 内存-编程知识

JVM 内存

news/2024/9/19 12:36:25/文章来源:https://www.cnblogs.com/moonlight-lin/p/18417387

堆栈
默认垃圾回收策略
垃圾回收参数
G1 垃圾回收
查看内存的命令

堆栈

堆：存储对象和数组，堆大小动态分配 (-Xms、-Xmx)，线程共享，垃圾回收
栈：存储局部变量、方法参数、方法栈，相对较小 (-Xss)，方法完成时释放，线程私有

堆栈大小配置

-Xmx：设置 JVM 最大可用内存，默认系统内存的 1/4，最大不超过 32GB
-Xms：设置 JVM 初始内存，默认系统内存的 1/64，最大不超过 1GB，建议与 -Xmx 相同，避免频繁的内存分配
-Xmn：设置年轻代大小，默认未指定
-Xss：设置线程的栈大小，通常默认为 1MB

如果大数据量、高并发，可以考虑把年轻代调大些，避免频繁触发 GC 使数据进入老年代，进而触发 fullGC

默认垃圾回收策略

Java 8: 默认 GC 策略是 Parallel GC，它通过并行处理垃圾收集来提高吞吐量，减少应用程序的暂停时间。

Java 11: 默认 GC 策略是 G1 GC（Garbage-First GC），G1 是为了处理大堆内存和满足低停顿时间的要求而设计的，它在 Java 9 及以后的版本中成为默认选择。

垃圾回收参数

监控和调试：
-verbose:gc、-XX:+PrintGCDetails、-XX:+PrintGCTimeStamps、-XX:+PrintGCDateStamps、-XX:+PrintGCCause
生成 dump 文件：
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError、-XX:HeapDumpPath
指定收集器：
-XX:+UseParNewGC：新生代使用并行收集器
-XX:+UseParallelOldGC：老年代使用并行收集器
-XX:+UseG1GC ：启用 G1 垃圾收集器（适用于大堆内存和需要较低停顿时间的应用）
-XX:+UseParallelGC ：启用 Parallel 垃圾收集器（适用于需要高吞吐量的应用）
-XX:+UseConcurrentMarkSweepGC ：启用 CMS 垃圾收集器（适用于需要低停顿时间的应用，但在 Java 11 中已被弃用，建议使用 G1）
-XX:+UseZGC ：启用 ZGC（适用于超低延迟应用，Java 11 引入了 ZGC）
-XX:+UseShenandoahGC ：启用 Shenandoah GC（Java 11 新特性，适用于低停顿时间应用）

G1 垃圾回收

目标：低延迟、高吞吐量、减少停顿

Region：与传统回收器不同，G1 将堆划分为多个 Region (1~32M)，用于存放年轻代或老年代

年轻代包括 Eden、S0、S1

Eden：存放刚创建的对象
Survivor 0 (S0, From)：GC 后存活的年龄大于 1 的对象
Survivor 1 (S1, To)：GC 时将 S0 和 Edge 存活的对象年龄 +1 并搬到 S1，结束后和 S0 互换
Eden 区和两个 Survivor 区的大小比例默认是 8:1:1，可以通过配置 -XX:SurvivorRatio=6 使比例变成 6:1:1

老年代

对象年龄大于阈值 (XX:MaxTenuringThreshold，默认 15) 时会被挪到老年代
年轻代和老年代的比例是 JVM 动态调整的，一般年轻代占堆内存的 1/3，老年代占堆内存的 2/3
-XX:NewRatio=3 可改变比例，使年轻代占 1/4，老年代占 3/4
-Xmn=1g 直接指定年轻代大小为 1g，剩余的给老年代

G1 GC 包括几个阶段

Minor GC
Mixed GC
Full GC

Minor GC/Young GC

回收 Edge 和 S0 无效的对象，存活的对象则年龄 +1 后挪到 S1
如果年龄大于阈值，或 S1 空间不够，就挪到老年代
清空 Edge 和 S0
互换 S0 和 S1
Minor GC 通常在 Edge 区满触发
Minor GC 是 STW (Stop-the-World) 事件，回收时所有线程暂停，但由于年轻代较小，且多数对象短时间内就会变得不可达，所以停顿较短

全局并发标记 (Concurrent Marking)

堆使用率达到一定比例时 (默认45%) 触发，用来标记整个堆中的活跃对象
与应用线程并发执行，不会引起明显停顿，会标记出哪些 Region 包含最多垃圾，以便后续回收

Mixed GC

G1 的一个重要特性，它不仅回收年轻代，还回收部分老年代 Region
Mixed GC 在并发标记阶段之后执行
会优先回收垃圾最多的老年代 Region
Mixed GC 是部分 STW 操作，通过控制回收区域数量，可以将停顿时间控制在可接受的范围内

Full GC/Old GC

Full GC 通常在老年代空间不足时触发，或是 Mixed GC 无法有效回收老年代空间时触发
Full GC 是对整个堆内存（包括年轻代和老年代）的垃圾回收，通常伴随着较长的 STW 停顿

G1 参数

-XX:MaxGCPauseMillis=：垃圾回收的最大停顿时间目标 (不保证达到)，默认值 200 毫秒
-XX:ConcGCThreads=：设置用于并发标记阶段的线程数，通常根据 CPU 数量自动调整
-XX:G1HeapRegionSize=：设置 G1 中每个 Region 的大小，默认为 1MB 到 32MB
-XX:InitiatingHeapOccupancyPercent=：启动并发标记的条件，默认值 45%
-XX:G1MixedGCCountTarget：一次并发标记周期后，最多执行多少次 Mixed GC（默认为 8 ）
-XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=：设置允许参与混合回收的老年代 Region 的存活对象的最大百分比。默认值是 85%，即存活对象超过 85% 的 Region 不会参与混合回收

G1 的优势

可预测的停顿时间：通过 MaxGCPauseMillis 可以控制 GC 停顿时间，适合对延迟敏感的应用
更高的吞吐量：G1 在大内存环境下表现优越，特别是使用多核 CPU 时
灵活的内存管理：动态分配 Eden、Survivor 和 Old Region，并根据垃圾多少优先回收，提升内存使用效率

适用场景

大内存应用：如内存超过 6GB，甚至几十 GB 的场景
对停顿时间敏感的应用：例如金融交易系统、电商网站和在线服务等要求低延迟的应用

查看内存的命令

不同命令计算出来的堆内存的容量和已用量，是一样的

堆内存的容量，一开始与 -Xms 相关，最大值受 -Xmx

堆内存实际使用量可能远小于容量，会造成从系统层面看 JVM 的内存使用很稳定，但内部实际用量可能在不断增加的可能

jps -v：查看 java 程序的 pid 和命令

$ jps -v
13070 QuorumPeerMain -Dzookeeper.log.dir=/home/lin/Desktop/Software/apache-zookeeper-3.9.2-bin/bin/../logs -Dzookeeper.log.file=zookeeper-lin-server-lin-VirtualBox.log 
-XX:+HeapDumpOnOutOfMemoryError -XX:OnOutOfMemoryError=kill -9 %p -Xmx1000m -Dcom.sun.management.jmxremote -Dcom.sun.management.jmxremote.local.only=false

jstat -gc ：查看 S0、S1、Eden、老年代、元空间的统计数据

$ jstat -gc 13070 5000 3S0C    S1C    S0U    S1U      EC       EU        OC         OU       MC     MU    CCSC   CCSU   YGC     YGCT    FGC    FGCT    CGC    CGCT     GCT   0.0    0.0    0.0    0.0   10240.0    0.0     20480.0     6840.9   13184.0 12597.7 1664.0 1491.1      1    0.008   1      0.019   0      0.000    0.0270.0    0.0    0.0    0.0   10240.0    0.0     20480.0     6840.9   13184.0 12597.7 1664.0 1491.1      1    0.008   1      0.019   0      0.000    0.0270.0    0.0    0.0    0.0   10240.0    0.0     20480.0     6840.9   13184.0 12597.7 1664.0 1491.1      1    0.008   1      0.019   0      0.000    0.027

S0C: 年轻代的 Survivor 0 区内存容量
S1C: 年轻代的 Survivor 1 区内存容量
S0U: 年轻代的 Survivor 0 区已用内存
S1U: 年轻代的 Survivor 1 区已用内存
EC: 年轻代的 Eden 区内存容量
EU: 年轻代的 Eden 区已用内存
OC: 老年代内存容量
OU: 老年代已用内存
MC: 元空间内存容量
MU: 元空间已用内存

已用堆内存就是 EU + OU

jmap -histo:live ：列出每个类的实例总量和总内存，以及所有类的总内存

$ jmap -histo:live 13070num     #instances         #bytes  class name (module)
-------------------------------------------------------1:         21223        1802680  [B (java.base@11.0.24)2:            89        1512040  [J (java.base@11.0.24)3:         19951         478824  java.lang.String (java.base@11.0.24)4:          3632         438864  java.lang.Class (java.base@11.0.24)5:          4955         336496  [Ljava.lang.Object; (java.base@11.0.24)6:           232         275960  [C (java.base@11.0.24)7:          7140         228480  java.util.concurrent.ConcurrentHashMap$Node (java.base@11.0.24)8:          5557         177824  java.util.HashMap$Node (java.base@11.0.24)
... ...
Total        104576        6994872

jmap --heap --pid ：Java 7，列出 heap 的配置、S、Eden、Old 的容量和使用量
jhsdb jmap --heap --pid ：Java 11

$ jhsdb jmap --heap --pid 13070
Attaching to process ID 13070, please wait...
Debugger attached successfully.
Server compiler detected.
JVM version is 11.0.24+8-post-Ubuntu-1ubuntu320.04using thread-local object allocation.
Garbage-First (G1) GC with 8 thread(s)Heap Configuration:MinHeapFreeRatio         = 40MaxHeapFreeRatio         = 70MaxHeapSize              = 1048576000 (1000.0MB)NewSize                  = 1363144 (1.2999954223632812MB)MaxNewSize               = 629145600 (600.0MB)OldSize                  = 5452592 (5.1999969482421875MB)NewRatio                 = 2SurvivorRatio            = 8MetaspaceSize            = 21807104 (20.796875MB)CompressedClassSpaceSize = 1073741824 (1024.0MB)MaxMetaspaceSize         = 17592186044415 MBG1HeapRegionSize         = 1048576 (1.0MB)Heap Usage:
G1 Heap:regions  = 1000capacity = 1048576000 (1000.0MB)used     = 16979456 (16.19287109375MB)free     = 1031596544 (983.80712890625MB)1.619287109375% used
G1 Young Generation:
Eden Space:regions  = 10capacity = 79691776 (76.0MB)used     = 10485760 (10.0MB)free     = 69206016 (66.0MB)13.157894736842104% used
Survivor Space:regions  = 3capacity = 3145728 (3.0MB)used     = 3145728 (3.0MB)free     = 0 (0.0MB)100.0% used
G1 Old Generation:regions  = 5capacity = 51380224 (49.0MB)used     = 3347968 (3.19287109375MB)free     = 48032256 (45.80712890625MB)6.516063456632653% used

jcmd GC.heap_info ：列出类空间、元空间、堆内存的容量和使用量

$ jcmd 13070 GC.heap_info
13070:garbage-first heap   total 30720K, used 6840K [0x00000000c1800000, 0x0000000100000000)region size 1024K, 1 young (1024K), 0 survivors (0K)Metaspace       used 12597K, capacity 13032K, committed 13184K, reserved 1060864Kclass space    used 1491K, capacity 1658K, committed 1664K, reserved 1048576K

visualvm ：图形工具，可查看堆内存容量和使用量

sudo apt-get install visualvm
visualvm

jconsole ：图形工具，可查看堆内存容量和使用量

jconsole

jstack ：查看线程栈信息

$ jstack 18812
Full thread dump OpenJDK 64-Bit Server VM (11.0.24+8-post-Ubuntu-1ubuntu320.04 mixed mode, sharing):Threads class SMR info:
_java_thread_list=0x00007f29a4001f10, length=29, elements={
0x00007f29ec017800, 0x00007f29ec106000, 0x00007f29ec108000, 0x00007f29ec10e800,
0x00007f29ec110800, 0x00007f29ec112800, 0x00007f29ec115000, 0x00007f29ec117000,
0x00007f29ec135000, 0x00007f29ec42b800, 0x00007f29ec6a2000, 0x00007f29ec6a3800,
0x00007f29ec6a5800, 0x00007f29ec6a7000, 0x00007f29ec6a9000, 0x00007f29ec6aa800,
0x00007f29ec6ac800, 0x00007f29ec6ae000, 0x00007f29ec6c0800, 0x00007f29ec6f1000,
0x00007f29ec6ff000, 0x00007f29ec700800, 0x00007f29ec702800, 0x00007f29ec724000,
0x00007f29ec727800, 0x00007f29ec72e800, 0x00007f29ec730800, 0x00007f29ec73f000,
0x00007f29a4001000
}"main" #1 prio=5 os_prio=0 cpu=734.14ms elapsed=26.23s tid=0x00007f29ec017800 nid=0xd6c waiting on condition  [0x00007f29f1a22000]java.lang.Thread.State: WAITING (parking)at jdk.internal.misc.Unsafe.park(java.base@11.0.24/Native Method)- parking to wait for  <0x00000000c7b05468> (a java.util.concurrent.CountDownLatch$Sync)at java.util.concurrent.locks.LockSupport.park(java.base@11.0.24/LockSupport.java:194)at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.parkAndCheckInterrupt(java.base@11.0.24/AbstractQueuedSynchronizer.java:885)at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.doAcquireSharedInterruptibly(java.base@11.0.24/AbstractQueuedSynchronizer.java:1039)at java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer.acquireSharedInterruptibly(java.base@11.0.24/AbstractQueuedSynchronizer.java:1345)at java.util.concurrent.CountDownLatch.await(java.base@11.0.24/CountDownLatch.java:232)at org.apache.zookeeper.server.ZooKeeperServerMain.runFromConfig(ZooKeeperServerMain.java:185)at org.apache.zookeeper.server.ZooKeeperServerMain.initializeAndRun(ZooKeeperServerMain.java:113)at org.apache.zookeeper.server.ZooKeeperServerMain.main(ZooKeeperServerMain.java:68)at org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain.initializeAndRun(QuorumPeerMain.java:141)at org.apache.zookeeper.server.quorum.QuorumPeerMain.main(QuorumPeerMain.java:91)"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=0 cpu=0.46ms elapsed=26.14s tid=0x00007f29ec106000 nid=0xd73 waiting on condition  [0x00007f29bf7fe000]java.lang.Thread.State: RUNNABLEat java.lang.ref.Reference.waitForReferencePendingList(java.base@11.0.24/Native Method)at java.lang.ref.Reference.processPendingReferences(java.base@11.0.24/Reference.java:241)at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(java.base@11.0.24/Reference.java:213)... ...
... ..."ContainerManagerTask" #31 daemon prio=5 os_prio=0 cpu=0.46ms elapsed=25.05s tid=0x00007f29ec73f000 nid=0xd96 in Object.wait()  [0x00007f29bcc6e000]java.lang.Thread.State: TIMED_WAITING (on object monitor)at java.lang.Object.wait(java.base@11.0.24/Native Method)- waiting on <0x00000000c8a388e0> (a java.util.TaskQueue)at java.util.TimerThread.mainLoop(java.base@11.0.24/Timer.java:553)- waiting to re-lock in wait() <0x00000000c8a388e0> (a java.util.TaskQueue)at java.util.TimerThread.run(java.base@11.0.24/Timer.java:506)"Attach Listener" #32 daemon prio=9 os_prio=0 cpu=1.62ms elapsed=13.45s tid=0x00007f29a4001000 nid=0xdbd waiting on condition  [0x0000000000000000]java.lang.Thread.State: RUNNABLE"VM Thread" os_prio=0 cpu=17.20ms elapsed=26.15s tid=0x00007f29ec103000 nid=0xd72 runnable  "GC Thread#0" os_prio=0 cpu=10.21ms elapsed=26.22s tid=0x00007f29ec02f800 nid=0xd6d runnable  "GC Thread#1" os_prio=0 cpu=7.23ms elapsed=25.21s tid=0x00007f29b4001000 nid=0xd82 runnable  "GC Thread#2" os_prio=0 cpu=11.72ms elapsed=25.21s tid=0x00007f29b4002800 nid=0xd83 runnable  "G1 Main Marker" os_prio=0 cpu=4.10ms elapsed=26.21s tid=0x00007f29ec04b800 nid=0xd6e runnable  "G1 Conc#0" os_prio=0 cpu=0.24ms elapsed=26.21s tid=0x00007f29ec04d800 nid=0xd6f runnable  "G1 Refine#0" os_prio=0 cpu=8.08ms elapsed=26.21s tid=0x00007f29ec0d4800 nid=0xd70 runnable  "G1 Refine#1" os_prio=0 cpu=1.11ms elapsed=25.20s tid=0x00007f29c4001000 nid=0xd84 runnable  "G1 Young RemSet Sampling" os_prio=0 cpu=16.52ms elapsed=26.21s tid=0x00007f29ec0d6000 nid=0xd71 runnable  
"VM Periodic Task Thread" os_prio=0 cpu=68.21ms elapsed=25.62s tid=0x00007f29ec431800 nid=0xd7d waiting on condition  JNI global refs: 18, weak refs: 0

显示不同线程的状态和栈信息

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