最近線上服務運行比較緩慢，老大提出讓我進行JVM優化。GC的內容很多，也不可能一時間全部都掌握，今天就要看看G1的一些知識，還有調優時可調整的參數。

1.G1簡介

G1的全稱為 Garbage First Garbage Collector, 是一款內置在HotSpot JVM中的服務端垃圾收集器。

G1是作為CMS的替代產品出現的，其目標是在滿足最短時間停頓的同時達到一個高吞吐量，適用于多核處理器，大內存容量的系統。

其特點如下：

• 短停頓時間且可控。對內存進行分區，可以應用在大內存系統中，其使用了基于內存的新生代收集和混合收集。
• 高吞吐量。設計了新的并發標記線程，并發處理分區之間的引用關系，加快垃圾回收速度。

1.1分區

G1垃圾回收器將堆內存劃分成固定大小的Region,下圖為G1內存的分配示意圖，其中灰色格子代表一個region。

其中G1的分區可以分為4類：

1. 自由分區（Free Heap Region， FHR）
2. 新生代分區（Young Heap Region ， YHR） 新生代也分為Eden 和Survivor區
3. 大對象分區（Humongous Heap Region，HHR） 大對象區可分為 大對象頭分區和大對象連續分區，大對象一般占Region的一半以上。
4. 老生代分區（Old Heap Region，OHR）

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Region可以在1MB~32MB,且為2的N次冪，設定分區大小有以下方法：

• 可以通過-XX:G1HeapRegionSize=<>來指定大小，默認為0.
• 默認情況下是將整個堆分為2048個Region。

1.1.1 新生代大小

新生代大小的設置如下：

• 如果設置了最大值 （MaxNewSize） 和最小值（NewSize）， Xmn 等價于MaxNewSize
• 如果設置了最大值和最小值，又設置了NewRatio 則忽略NewRatio
• 如果沒有設置新生代最大值和最小值，但是設置了NewRatio 則新生代的最大值最小值是相同的，都是整個堆空間的 （NewRatio+1）
• 如果沒有設置新生代最大值和最小值，或者只設置了最大值或者最小值中的一個，那么G1將根據參數G1MaxNewSizePrecent（默認值60） 和 G1NewSizePercent （默認值5）占整個堆空間的比例計算最大值和最小值。

關于堆大小的參數優化：

• G1HeapRegionSize 可以指定堆的大小，可指定也可以有內存管理啟發推斷分區大小。
• xms/xmx 指定堆空間的最小值/最大值， 一定要設置正確的值，否則會影響分區大小推斷。
• G1不要設置MaxNewSize，NewSize，Xmn, NewRatio，即不要顯示的設置年輕代的大小 。G1對內存的管理不是連續的，所以即使重新分配一個堆分區的代價不大；G1的目標滿足垃圾收集停頓，這需要G1根據停頓時間動態調整收集的分區，如果設置了固定的分區數，G1不能調整新生代的大小，則不容易滿足停頓時間的需求。
• GCTimeRatio指的是GC與應用程序之間的時間占比，默認值是9，表示GC與程序的時間占比為90%，增大該值將減少GC占用時間，增大該值則動態擴展內存會更容易發生。

2.G1 GC可優化參數

G1提供了兩種GC模式，Young GC 和 Mixed GC 兩種GC都會有STW.

Young GC

主要是對Eden區進行GC ，一般情況下，會在Eden Region使用達到最大閾值時，空間內存不夠用時，觸發YoungGC。每次Young GC會回收所有的Eden 和Serviour區，并且將存活對象復制到Old區以及一些Survivor區。

Mixed GC

Mixed GC 會選取（并發標記）所有的 Young Region和 回收收益較高的一些 Old Region， 然后進行年輕代回收算法。

混合回收分為兩個階段。

• 并發標記
• 垃圾回收

其中并發標記階段可以分為以下幾個子階段：

• 初始標記子階段：標記所有直接可達的根對象，此階段會STW，
• 并發標記子階段：YoungGC 執行完成之后，如果滿足并發標記的的條件（已分配及將要分配的內存占總內存的比例超過閾值之后），就進行并發標記，其中-XX:ConcGCThreads 控制并發標記線程數量，一個線程每次掃描一個Region。此時標記存活對象，
• 再標記子階段：找出所有未被訪問的存活對象，此過程為并發執行，并且會有STW，其中-XX:ParallelGCThreads可指定GC暫停時可用的GC線程數。
• 清理子階段：需要STW，存活對象計數，整理標記位圖，釋放完全空閑的分區。

混合回收階段的參數優化：

• 參數InitiatingHeapOccupancyPercent（IHOP），默認值時45， 此值時啟動并發標記的先決條件，只有已分配內存占總空間超過45%之后，才會啟動并發標記任務。增加此值，將導致并發標記可能花費更多的時間，也會讓YGC或者MixedGC時收集的分區變少，這樣就會導致更多的Full GC。這個值可以根據整體應用占用的平均內存來設置，可以把該值設置的比平均內存稍微高一點。IHOP的設置效果很明顯，但是要設置合理的值并不容易，需要更多的性能測試來判斷。
• 參數G1ReservePercent， 默認值是10，如果GC晉升失敗導致FullGC，則可以調大該值
• 參數ConcGCThreads為并發線程數，默認值為0，如果未設置，可以動態調整，并且使用ParallelGCThreads為依據來推斷，如果并發標記耗時較大，可以增大并發線程數。
• HeapSizePerGCThread 默認為64M，表示每64M分配一個線程
• 參數UseDynamicNumberOfGCThreads，默認為false，設為true表示可以動態調整線程數，調整范圍會根據最大線程數，HeapSizePerGCThread確定。
• 參數GCDrainStackTargetSize，默認值為64，表示并發標記子階段，一次標記最多標記的最多對象個數。
• 參數GCMixedGCLiveThresholdPercent 默認值85，用于判斷分區能否被加入到CSet中，低于該值將會被加入。
• 參數G1HeapWastePercent 默認值5，即當Cset中可回收空間 占總空間的比例大于G1HeapWastePercent才會開始混合回收。
• 參數G1MixedGCCountTarget，默認值為8，這個參數越大，收集老年代的分區越少，反之收集的分區就越多，盡量保持老年代分區在Cset中的比例超過1/G1MixedGCCountTarget。
• 參數G1OldCSetRegionThresholdPercent 默認值為10，表示最多收集10%的分區。
• 參數G1ConcMarkStepDurationMillis 默認值為10，表示每個并發標記子階段最多執行10ms

FullGC發生之后，基本都是串行回收. 如果不幸發生了FullGC， 那么我們能做的就是盡量讓FullGC盡快完成，然后降低其頻率。但是通常情況下，比較固定且較長時間間隔的FullGC是被允許的。

那么FullGC相關也是有一些優化調整的地方：

• 使用參數MinHeapFreeRatio 用于判斷是否可以擴展堆空間，增大該值擴展的概率就會變小。
• MaxHeapFreeRatio 判斷是否可以收縮空間，增大該值收縮的概率也會變小。
• MarkSweepAlwaysCompactCount 默認值為4，這個值表示經過一定次數的GC之后，允許當前區域中一定比例的死亡對象當作存活對象處理，暫時不回收，從而加快FullGC的處理流程。這個比例可以使用MarkSweepDeadRatio來修改，默認值為5.

總結

以上是一些優化參數的使用，至于具體調優的目的要根據我們各個程序的要求。一般而言需要滿足最大的吞吐量和最小的暫停時間，GC頻率盡量低，堆空間的有效利用率高等。可調整的部分有內存參數的優化，引用的處理（Rset），并發標記（Mark），垃圾回收部分。

Oracle官方有一些推薦調優的方向：

• 針對年輕代的設置，盡量避免明確的設置年輕代的大小（使用-Xmn，-XX:NewRatio等），固定的年輕代大小會覆蓋最小停頓時間的目標。
• 對于暫停時間的目標，我們需要考慮平衡延遲和吞吐量，兩者不可兼得，所以需要找到一個最佳的平衡點。
• 混合回收階段的優化參數可以考慮率使用 -XX:InitiatingHeapOccupancyPercent 修改內存占用比（具體可以參考前文）， -XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent 和 -XX:G1HeapWastePercent 改變混合垃圾回收的策略，-XX:G1MixedGCCountTarget 和 -XX:G1OldCSetRegionThresholdPercent 調整老年代在CSet中的占比