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JVM G1性能调优

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By Bao Tingyu
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G1简介和常用配置可参考：JVM G1垃圾回收器简介与常用配置

G1调优概要

G1整体上保持默认配置即可，最多配置一下 pause-time goal或堆内存大小(-Xmx和-Xms)。

不像其他的垃圾回收器，G1默认已经在最大吞吐和低时延之间做了平衡。但是，G1在堆中的增量式空间回收和pause-time控制机制给应用线程 和回收效率上都带来了负担。

如果需要大吞吐（非在线业务，如后台任务），可以适当调大期望最大停顿时间(-XX:MaxGCPauseMillis) 或者调大堆空间。

如果需要低时延（在线业务），可以调小最大停顿时间。

不要配置-Xmn,-XX:NewRatio等参数，这些会限制年轻代空间大小，而年轻代是G1实现预期停顿时间的主要方式，将年轻代大小设置为一个固定值会导致G1的停顿时间控制失效。

G1性能调优

G1在大多数场景不需要要调优，针对需要调优的场景，本章给出一些性能诊断和调优指南。

为了定位性能瓶颈，可以配置参数-Xlog:gc*=debug。

低时延调优

gc+cpu=info日志会打印pause-time的耗时详情，如User=0.19s Sys=0.00s Real=0.01s。

其中，User表示进程执行用户态代码（核心之外）消耗的时间，Sys表示进程在内核态消耗的时间，Real表示程序从开始到结束所用的时间。 这里User + Sys 时间的和比 Real 时间要大，这主要是因为日志时间是从 JVM 中获得的，而这个 JVM 在多核的处理器上被配置了多个 GC 线程， 由于多个线程并行地执行 GC，因此整个 GC 工作被这些线程共享，最终导致 Real < User + Sys，如果是单线程的垃圾回收器，如Serial垃圾回收器，则 Real = User + Sys

如果Sys时间过大，可能的原因有：

VM向操作系统申请内存时导致的delay，可以将 -Xms 和 -Xmx 值设为一致， 避免内存的频繁分配。通过JVM的参数-Xmx和-Xms可以设置JVM的堆大小， 但是此时操作系统分配的只是虚拟内存，只有JVM真正要使用该内存时，才会被分配物理内存。 使用-XX:+AlwaysPreTouch参数在服务启动时即分配物理内存给VM

特别是在Linux中， Transparent Huge Pages (THP) 特性会随机暂停进程，不仅仅在pause-time时， 可以参考对应的操作系统去关闭THP特性

写日志可能会线程暂停，日志线程会占用写磁盘的带宽。

如果Real » User + Sys 则表示VM没有获得足够的CPU时间片，机器配置低了。

Young-Only Collection 耗时过长。一般来讲，年轻代垃圾回收耗时和年轻代空间大小成正比，主要原因是G1通过复制-整理方式 来聚合GC后的对象（即复制到Survivor区）。可以通过减小 -XX:G1NewSizePercent 和 -XX:G1MaxNewSizePercent 来限制年轻代占整个已使用堆内存的最小和最大百分比，以此来减小单次GC耗时。

Mixed Collection 耗时过长。Mixed Collection包含年轻代和老年代的Regions，可以配置gc+ergo+cset=trace观察 年轻代和老年代在Mixed Collection过程中的耗时占用。如果是老年代GC耗时过长，可以做如下调整：

  • 增大 -XX:G1MixedGCCountTarget=8：最多8次混合垃圾回收, 设置标记周期完成后, 对存活数据上限为 G1MixedGCLIveThresholdPercent 的旧区域执行混合垃圾回收的目标次数
  • 调整 XX:G1MixedGCLiveThresholdPercent=70：默认值 : 65%, MixGC时, 年老代Region中存活对象百分比, 只有在此阈值下的Region才会被选入回收列表CSet (需开启-XX: +UnlockExperimentalVMOptions )
  • 增大 -XX:G1HeapWastePercent=10：默认值 : 10% , 堆浪费百分比, 当G1发现可被回收的空间小于10%时, 就不会再进行混合收集, 也就是会结束当前的混合收集周期

同时，可以调整-XX:GCPauseIntervalMillis参数来控制两次GC的时间间隔

G1使用Remember Set(RS)记录跨Region的对象引用，如果RS扫描和更新时间长，可以适当减小Region大小，通过配置-XX:G1HeapRegionSize=4M实现。 同时，G1会并发来更新RS，

VM有优化尝试减少并发RS更新来批量更新RS，如果批量更新的批次在GC前创建，则会导致RS pause-time变大，可以通过-XX:-ReduceInitialCardMarks关闭该优化。

RS扫描时间高也可能是由于大量的RS压缩（remembered set coarsening）导致，coarsening可以减小RS空间，但会增加RS变更和获取的耗时。 该压缩默认开启，可以配置-XX:G1SummarizeRSetStatsPeriod和gc+remset=trace查看是否发生了coarsening，增大-XX:G1RSetRegionEntries可以降低coarsening的数量。

同时，生产环境应避免开启RS详细日志。

大吞吐调优

一些后台任务场景更加重视吞吐而不是时延，可以通过一下配置优化吞吐性能：

  • 增大-XX:MaxGCPauseMillis: 增大GC最大耗时
  • 增大-XX:G1MaxNewSizePercent: 增大年轻代占已使用堆空间的百分比
  • 减小并行工作：增大-XX:G1RSetUpdatingPauseTimePercent，关闭并行更新RS可配置 -XX:-G1UseAdaptiveConcRefinement -XX:G1ConcRefinementGreenZone=2G -XX:G1ConcRefinementThreads=0
  • 开启大内存也使用：-XX:+UseLargePages
  • 将-Xms和-Xmx值设为一样，并配置-XX:+AlwaysPreTouch

堆空间调优

-XX:GCTimeRatio表示GC外的耗时和GC耗时的比例，假设-XX:GCTimeRatio=19 ，则垃圾收集时间为1/(1+19),默认值为99，即1%时间用于垃圾收集

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