這個是之前處理過的一個線上問題，處理過程斷斷續續，經歷了兩週多的時間，中間各種嘗試，總結如下。這篇文章分三部分：

1、問題的場景和處理過程；2、GC的一些理論東西；3、看懂GC的日誌

先說一下問題吧

問題場景：線上機器在半夜會推送一個700M左右的資料，這個時候有個資料置換的過程，也就是說有700M*2的資料在heap區域中，線上系統超時比較多，導致了很嚴重（嚴重程度就不說了）的問題。

問題原因：看日誌，系統介面超時的時候，系統出現了FullGC，這個時候stop-the-world了，也就停機了。分析gc的日誌，發現有promotion failed，根據FullGC觸發的條件，這個時候就會出現FullGC了。日誌如下：

問題解決：中間調整過幾次，先搞了幾臺機器做了驗證，後來逐步推廣的。

1、調大heap區，由原來的4g，調整到5g，young區的大小不變，還是2g，這時候old區就由2g變為3g了（這樣保證old區有足夠的空間）；

2、設定-XX：UseCMSInitiatingOccupancyOnly，其實這個不關這個問題，只是發現半夜CMS進行的有點頻繁，就禁止掉了悲觀策略；

3、設定CMS區回收的比例，從80%調整到75%，讓old區儘早的進行，有足夠的空間剩餘；

為什麼要有GC（垃圾回收）？ 

JVM通過GC來回收堆和方法區中的記憶體，GC的基本原理就是找到程式中不再被使用的物件，然後回收掉這些物件佔用的記憶體。

主要的收集器有哪些？

引用計數器和跟蹤計數器兩種。

引用計數器記錄物件是否被引用，當計數器為零時，說明物件已經不再被使用，可以進行回收。java中的物件有複雜的引用關係，不是很適合引用計數器，所以sun jdk中並沒有實現這種GC方式。

跟蹤收集器，全域性記錄資料的引用狀態，基於一定的條件觸發。執行的時候，從根集合開始掃描物件的引用關係，主要有複製（copying）、標記-清除（Mark-Sweep）、標記-壓縮(Mark-Compact)那種演算法。

跟蹤計數器的三種演算法簡介？

複製：從根集合搜掃描出存活的物件，然後將存活的物件複製到一塊新的未使用的空間中，當要回收的空間中存活的物件較少時，比較高效；

標記清除：從根集合開始掃描，對存活的物件進行標記，比較完畢後，再掃描整個空間中未標記的物件，然後進行回收，不需要對物件進行移動；

標記壓縮：標記形式和“標記清除”一樣，但是回收不存活的物件後，會把所有存活的物件在記憶體空間中進行移動，好處是減少了記憶體碎片，缺點是成本比較高；

java記憶體區域的形式是啥樣的？

新生代可用的GC？

新生代中物件存活的時間比較短，因此給予Copying演算法實現，Eden區域存放新建立的物件，S0和S1區其中一塊用於存放在Minor GC的時候作為複製存活物件的目標空間，另外一塊清空。

序列GC（Serial GC）比較適合單CPU的情況，可以通過-XX：UseSerialGC來強行制定；

並行回收GC（Parallel Scavenge），啟動的時候按照設定的引數來劃定Eden/S0/S1區域的大小，但是在執行時，會根據Minor GC的頻率、消耗時間來動態調整三個區域的大小，可以用過-XX：UseAdaptiveSizePolicy來固定大小，不進行動態調整；

並行GC（ParNew）劃分Eden、S1、S0的區域上和序列GC一樣。並行GC需要配合舊生代使用CMS GC（這是他和並行回收GC的不同）（如果配置了CMS GC的方式，那麼新生代預設採取的就是並行GC的方式）；

啥時候會觸發Minor GC？

當Eden區域分配記憶體時，發現空間不足，JVM就會觸發Minor GC，程式中System.gc()也可以來觸發。

舊生代可用的GC方式有哪幾種？

序列GC（Serial MSC）、並行GC（Parallel MSC）、併發GC（CMS）；

關於CMS？

採用CMS時候，新生代必須使用Serial GC或者ParNew GC兩種。CMS共有七個步驟，只有Initial Marking和Final Marking兩個階段是stop-the-world的，其他步驟均和應用並行進行。持久代的GC也採用CMS，通過-XX：CMSPermGenSweepingEnabled -XX：CMSClassUnloadingEnabled來制定。在採用cms gc的情況下，ygc變慢的原因通常是由於old gen出現了大量的碎片。

為啥CMS會有記憶體碎片，如何避免？

由於在CMS的回收步驟中，沒有對記憶體進行壓縮，所以會有記憶體碎片出現，CMS提供了一個整理碎片的功能，通過-XX：UseCompactAtFullCollection來啟動此功能，啟動這個功能後，預設每次執行Full GC的時候會進行整理（也可以通過-XX：CMSFullGCsBeforeCompaction=n來制定多少次Full GC之後來執行整理），整理碎片會stop-the-world.

啥時候會觸發CMS GC？

1、舊生代或者持久代已經使用的空間達到設定的百分比時（CMSInitiatingOccupancyFraction這個設定old區，perm區也可以設定）；

2、JVM自動觸發(JVM的動態策略，也就是悲觀策略)（基於之前GC的頻率以及舊生代的增長趨勢來評估決定什麼時候開始執行），如果不希望JVM自行決定，可以通過-XX：UseCMSInitiatingOccupancyOnly=true來制定；

3、設定了 -XX：CMSClassUnloadingE考慮nabled 這個則考慮Perm區；

啥時候會觸發Full GC？

一、舊生代空間不足：java.lang.outOfMemoryError：java heap space；

二、Perm空間滿：java.lang.outOfMemoryError：PermGen space；

三、CMS GC時出現promotion failed  和concurrent  mode failure（Concurrent mode failure發生的原因一般是CMS正在進行，但是由於old區記憶體不足，需要儘快回收old區裡面的死的java物件，這個時候foreground gc需要被觸發，停止所有的java執行緒，同時終止CMS，直接進行MSC。）；

四、統計得到的minor GC晉升到舊生代的平均大小大於舊生代的剩餘空間；

五、主動觸發Full GC（執行jmap -histo:live [pid]）來避免碎片問題；

為啥heap小於3g不建議使用CMS GC這種方式？

1、觸發比例不好設定，設定大了，那麼剩餘的空間就少了很多，設定小了，那old區還沒放置多少東西，就要進行回收了；

2、CMS進行的時候，是並行的，也就意味著如果過於頻繁的話，會和應用的強佔CPU；

3、CMS會有記憶體 碎片問題；

4、YGC的速率變慢（由於CMS GC的實現原理，導致物件從新生代晉升到舊生代時，尋找哪裡能放下的這個步驟比ParallelOld GC是慢一些的，因此就導致了YGC速度會有一定程度的下降。）；

JVM的悲觀策略是啥？

所謂的悲觀策略（ http://tmalltesting.com/archives/663 我們效能測試團隊一個同學分析的案例），就是JVM不按照JVM指定的引數來進行CMS GC，而是根據記憶體情況以及之前回收的方式動態調整，自行進行GC。舊生代剩餘的空間（available）大於新生代中使用的空間（max_promotion_in_bytes），或者大於之前平均晉升的old的大小（av_promo），返回false。cms gc是每隔一個週期（預設2s）就會做一次這個檢查，如果為false，則不執行YGC，而觸發cms gc。

我們經常使用的是啥GC方式？

針對目前線上機器的情況（8G的物流記憶體），heap區一般設定在4g或者5g左右，一般是使用CMS GC，這時候：

young區使用ParNew（並行GC），Old+Perm(需要單獨設定)使用CMS，整個堆（young+old+perm）使用MSC（（Mark Sweep Compact）是CMS GC演算法的Full GC演算法,單執行緒回收整個堆，回收過程有嚴格的步驟。壓縮，所以回收完理論上任何Generation都不會有記憶體碎片）壓縮回收的方式。

讀懂GC日誌？

基本上都是這種格式：回收前區域佔用的大小->回收後區域佔用的大小（區域設定的大小），佔用的時間

1、promotion failed的一段日誌

解釋如下：

2、一段正常的CMS的日誌

這個是一個正常的CMS的日誌，共分為七個步驟，重點關注initial-mark和remark這兩個階段，因為這兩個是停機的。

A、[GC [1 CMS-initial-mark: 1547313K(2146304K)] 1734957K(4023680K), 0.1390860 secs] [Times: user=0.14 sys=0.00, real=0.14 secs]

各個資料依次表示標記前後old區的所有物件佔記憶體大小和old的capacity，整個JavaHeap（不包括perm）所有物件佔記憶體總的大小和JavaHeap的capacity。

B、2013-11-27T04:00:25.253+0800: 38905.177: [GC[YG occupancy: 573705 K (1877376 K)]38905.177: [Rescan (parallel) , 0.3685690 secs]38905.546: [weak refs processing, 0.0024100 secs]38905.548: [class unloading, 0.0177600 secs]38905.566: [scrub symbol & string tables, 0.0154090 secs] [1 CMS-remark: 1547313K(2146304K)] 2121018K(4023680K), 0.4229380 secs] [Times: user=1.41 sys=0.01, real=0.43 secs]

Rescan (parallel)表示的是多執行緒處理young區和多執行緒掃描old+perm的卡表的總時間， parallel 表示多GC執行緒並行。

weak refs processing 處理old區的弱引用的總時間，用於回收native memory。

class unloading 回收SystemDictionary消耗的總時間。

3、一段正常的Young GC的日誌

ParNew這個表明是並行的回收方式，具體的分別是young區、整個heap區的情況；

4、一段通過system.gc產生的FullGC日誌

解釋如下：

Full GC (System)意味著這是個system.gc呼叫產生的MSC。

“943772K->220K(2596864K), 2.3424070 secs”表示：這次MSC前後old區內總物件大小，old的capacity及這次MSC耗時。

“1477000K->220K(4061184K)”表示：這次MSC前後JavaHeap內總物件大小，JavaHeap的capacity。

“3361K->3361K(98304K)], 2.3425410 secs”表示：這次MSC前後Perm區內總物件大小，Perm區的capacity。

5、一個特殊的GC日誌，根據動態計算直接進行的FullGC（MSC的方式）

ParNew的時間特別短，jvm在minor gc前會首先確認old是不是足夠大，如果不夠大，這次young gc直接返回，進行MSC。