微软开源 GCToolkit，用于解析 GC 日志的工具

出品|开源中国

文|白开水

微软的 Java 工程组宣布开源了 GCToolkit，一组用于分析 Java garbage collection (GC) 日志文件的库。

根据介绍，GCToolkit 工具包将 GC 日志文件解析为离散事件，并提供了一个API 用于从这些事件聚合数据，使用户能够对由垃圾收集日志表示的 Java 虚拟机（JVM）中托管内存的状态进行任意复杂的分析。

GCToolkit 由 3 个 Java 模块组成，涵盖 API、GC 日志文件解析器和基于 Vertx 的 messaging backplane。

其中，API 模块是 GCToolkit 的入口；它把使用解析器和 Vertx 分析 GC 日志文件的细节隐藏在几个方法调用中。解析器模块是一个正则表达式和代码的集合；微软方面称，经过多年的发展，其已经成为最强大的 GC 日志解析器。

基于 Vertx 的 messaging backplane 使用了 2 条消息总线，第一条消息总线来自数据源。当前的实现是从 GC 日志文件流式传输 log lines。这条总线上的监听器是将数据源的数据转换为代表 GC 周期或安全点的事件的解析器。然后这些事件被发布在事件总线上，事件总线上的监听器能够接收和处理他们感兴趣的事件。

GCToolkit 还提供了一个简单的聚合器/聚合框架，用于捕获和分析 GC 日志文件数据。

针对HotSpot VM的实现,它里面的GC按照回收区域又分为两大种类型:

一种是部分收集(Partial GC) ，一种是整堆收集(Full GC)。

图1

图2

中括号内: G回收前年轻代堆大小,回收后大小, (年轻代堆总大小)

括号外: GC回收前年轻代和老年代大小,回收后大小, (年轻代和老年代总大小)

GC日志中有三个时间: user, sys和real

由于多核的原因,一般的GC事件中, real time是小于sys + user time的,因为一般是多个线程并发的去做GC,所以real time是要小于systuser time的。<font color=red>如果real>sys+user的话,则你的应用可能存在下列问题: IO负载非常重或者是CPU不够用</font>。

前面打印时间，默认是没有的，需要开启-XX:+PrintGCDateStamps -XX:+PrintGCDetails。

前面打印执行时间，是因为配置了-XX:+PrintGCTimeStamps -XX:+PrintGCDetails

下面对以上日志进行解析：

下面对以上日志进行解析：

例子：

Peak出现溢出前（顶峰）最后一次占用情况的快照。

这里是元空间溢出，可以看见巅峰前，元空间的占用。

老年代oom

回收算法

标记清除算法

根据gcRoot对象的引用链，发现如果该对象没有被引用的情况下，

则标记为垃圾，在清除。

优点：算法简单

缺点：容易产生内存碎片

标记整理算法

根据gcRoot对象的引用链，发现如果该对象没有被引用的情况下，

则标记为垃圾

标记整理与标记清除区别在于：避免标记清除算法产生的碎片问题，

清除垃圾过程中，会将可用的对象实现移动，内存空间更加具有连续性。

优点：没有内存的碎片问题

缺点：整理过程中会产生内存地址移动，效率可能偏低。

标记复制算法

根据gcRoot对象的引用链，发现如果该对象没有被引用的情况下，

将正在被引用的对象拷贝到to区中，让后再直接清理整个from区，在交换位置。

优点：不会产生内存碎片

缺点：比较占内存空间

分代算法

分代算法中主要分成三代： 新生代/from或者 to/老年代

默认 新生代(Young)与老年代(Old)的比例的值为 1:2 (该值可以通过参数–XX:NewRatio 来指定)。

默认的 Eden:from:to=8:1:1 (可以通过参数 –XX:SurvivorRatio 来设定)。

新生代：刚创建的对象都存放在新生代中eden区，当eden区空间内存满之后，则根据GC可达分析算法，将幸存的对象拷贝到to区中，并且寿命+1 如果该对象的寿命>15的情况下

则将该对象放入到老年代中。

老年代：Minor GC新生代GC ，回收多次如果该对象还一直被引用的情况下，则放入到老年代中，如果新生代和老年代内存都满的情况下，则会触发FullGC

总结：

1对象首先分配到eden区（伊田园区） 新生代GC （Minor GC）

2新生代空间不足时，触发Minor GC，将eden区（伊田园区）存活的对象采用标记复制算法放入到to区中，并且该对象的寿命+1

注意：Minor GC因为标记复制算法，会触发stop the world 暂停其他用户的线程，等待垃圾回收结束之后，其他的用户线程才会继续执行。

3如果该对象的寿命>15的情况下，则将该对象放入到老年代中，对象寿命放入在对象头中。

4当老年代空间不足的时候，会触发FullGC 采用标记清理/整理算法

5新生代GC非常频繁，速度比老年代GC要高。

GC相关参数

Stop-The-World

在垃圾回收过程中经常涉及到对对象的挪动（比如上文提到的对象在Survivor 0和Survivor 1之间的复制），进而导致需要对对象引用进行更新。为了保证引用更新的正确性，Java将暂停所有其他的线程，这种情况被称为“Stop-The-World”，导致系统全局停顿。Stop-The-World对系统性能存在影响，因此垃圾回收的一个原则是尽量减少“Stop-The-World”的时间。

回收算法：

误区：没有引用计数算法

1标记清除算法

2标记整理算法

3标记复制算法

回收算法是针对不同的场景使用

按照分代使用

新生代：标记复制算法

老年代：标记清除/标记整理

为什么新生代使用 标记复制算法？而老年代使用标记清除/标记整理

？

为什么新生代使用 标记复制算法？而老年代使用标记清除/标记整理

？

因为新生代gc非常频繁，所以选择效率比较高的垃圾回收算法。、

标记清除算法：

优点：算法非常简单。

缺点：空间地址不连续

为什么标记清除算法：空间地址不连续 没有整理

标记整理算法：

优点：空间地址保持连续

缺点：速度慢、会产生移动内存地址 在移动过程中其他线程无法访问堆内存。

标记复制算法：

优点：空间地址保持连续、效率比标记整理算法要高。

缺点： 存在两个空间，占用空间。

分为两个区域：from 和to区 相等。

From和to切换

原理：

当我们堆内存触发gc的时候，在from区中将可用对象拷贝到to中，在直接将整个from

区清空，依次循环切换。

垃圾收集器 并行、串行、cms g1

分代算法：

首先，对我们堆内存空间实现分代，核心分为新生代、老年代

新生代：刚创建的对象一般的情况下都是放在新生代中

分为：eden区（） from区 to区

刚创建的对象会放在eden区，当我们新生代eden区空间满的

情况下，会将引用的对象拷贝到to区中，如果gc回收15次的时候

发现该对象还一直被使用的情况下，该对象就会晋升为老年代中。

老生代：

存储空间比例：

1默认的情况下新生代与老年代存储空间比例是1:2

2新生代中eden区与from/to区

为什么新生代中from/to区 比例是1:1

因为新生代中使用的标记复制算法

老年代在什么的情况下会发生fullgc

1在新生代和老年代有堆内存空间都快满的时候。

新生代GCMinorGC

老年代fullgc

当我们老年代gc开始回收垃圾的时候，也会触发新生代gc回收。

老年代在什么时候触发：

当我们老年代空间装不下的时候。

依次内推如何演示新生代gc

Java垃圾收集算法 cms、g1收集器

1标记清除、标记整理、标记复制算法（引用计数法）

1标记清除算法：

优点：算法实现简单

缺点： 内存空间不连续、空间利用率不高 容易产生碎片化

2标记整理算法

优点：空间具有连续性 没有产生碎片化的问题 效率比较低

缺点：对象的应用内存地址有可能会发生变化

3标记复制算法

优点：效率比较高，保证空间连续性的问题

缺点：以空间的方式换时间

分代算法：

分为新生代和老年代

新生代：刚创建的对象都存放到新生代中 ，在新生代中有分成三个区域。

新生代中分为 eden区、from和to区

刚创建的对象存放到eden区，当eden区如果满的时候，幸存的对象晋升为存放到

From或者是to区

新生代触发的GCMinorGC

老年代触发的GCFullGC

那些对象会晋升到老年代中？

1年限达到当gc多次在回收的时候，如果能够一直引用到一个阈值的情况下。直接晋升到老年代中。

2直接是大对象

在默认的情况下 新生代与老年代存储空间比例 是为1:2

在默认的情况下，新生代中 eden区域与from或者是to占比是为8:1:1

程序发生内存溢出：存放的对象空间大小大于我们老年代的空间大小。

因为在整合堆内存中，新生代触发gc回收次数一定比老年代多。

为什么在分代算法中 新生代中有from和to区大小一样。

因为新生代中gc触发非常频繁，为了能够更加高效清理垃圾，所以采用标记复制算法。

垃圾收集器在什么开始触发收集垃圾？

当新生代或者是老年代内存满的情况下，开始触发垃圾

垃圾收集器之前频繁推出垃圾收集器

Stop-The-World 问题

Stop-The-World：当我们垃圾收集器在回收垃圾的时候，

当垃圾回收线程在清理垃圾的时候，会暂停我们的所以用户线程。

导致当前的用户线程短暂卡

在生产环境中调优jvm： 不要频繁触发垃圾回收或者是降低用户线程阻塞的时间

所有的收集器：在回收垃圾的时候都会暂停我们用户的线程

怎样避免触发垃圾收集器频繁回收？

1堆内存空间设置比较大

2堆内存初始化 与最大值一定保持一致。

3生产环境中不要去调用Systemgc();

垃圾收集器 与垃圾收集算法区别：

垃圾收集器：串行、并行收集、CMS、G1 Java11 ZGC收集器，能够降低对我们用户线程暂停的时间或者用户线程和GC线程同时运行

垃圾收集算法：回收算法：标记清除、标记整理、标记复制、分代算法

Stop-The-World

当我们在触发gc回收的时候，有可能会暂停用户的线程。

JVM参数

如果存放的对象空间大于新生代空间，该对象会直接放到老年代中。

GC核心参数

-Xms100 -Xmx

1、-Xms

初始大小内存，默认为物理内存 1/64，等价于 -XX:InitialHeapSize

2、-Xmx

最大分配内存，默认为物理内存的 1/4，等价于 -XX:MaxHeapSize

3、-Xss

设置单个线程栈的大小，一般默认为 512-1024k，等价于 -XX:ThreadStackSize

4、-Xmn

设置年轻代的大小

整个JVM内存大小=年轻代大小 + 年老代大小 + 持久代大小

持久代一般固定大小为64m，所以增大年轻代后，将会减小年老代大小。此值对系统性能影响较大，Sun官方推荐配置为整个堆的3/8。

5、-XX:MetaspaceSize

设置元空间大小

元空间的本质和永久代类似，都是对 JVM 规范中的方法区的实现。

元空间与永久代之间最大区别：元空间并不在虚拟机中，而是使用本地内存

因此默认情况下，元空间的大小仅受本地内存限制，元空间默认比较小，我们可以调大一点

6、-XX:+PrintGCDetails

输出详细GC收集日志信息

7、-XX:SurvivorRatio

设置新生代中 eden 和 S0/S1 空间比例，默认 -XX:SurvivorRatio=8，Eden : S0 : S1 = 8 : 1 :

8、-XX:NewRatio

配置年轻代和老年代在堆结构的占比，默认 -XX:NewRatio=2 新生代占1，老年代占2，年轻代占整个堆的 1/3

9、-XX:MaxTenuringThreshold

设置垃圾最大年龄

新生代与老年代参数比例设置

-XX:+PrintGCDetails -verbose:gc -XX:SurvivorRatio=2 -XX:NewRatio=1

GC日志参数分析

[GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 1626K->488K(6144K)] 1626K->688K(19968K), 00039387 secs] [Times: user=014 sys=000, real=000 secs]

新生代发生GC ，从堆内存回收前占用：1626k 回收后变为占用488K ，后面表示GC的用时。

[Full GC (Allocation Failure) [PSYoungGen: 488K->0K(6144K)] [ParOldGen: 296K->593K(13824K)] 784K->593K(19968K), [Metaspace: 3099K->3099K(1056768K)], 00043821 secs]

当发生老年代GC时，也会触发新生代GC，新生代堆回收前占用488K，回收后占用0K

，ParOldGen 老年代回收前占用784K，回收后占用593K

GC分析大对象

当我们直接存一个大的对象的时候，比新生代占用空间还有大时，会直接晋升为老年代。

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