原创

JVM基础(9)——新生代调优

一、简介

本章和下一章,我们将通过一个实际案例讲解如何进行JVM参数调优:合理优化新生代、老年代、Eden和Survivor各个区域的内存大小,接着再尽量优化参数避免新生代的对象进入老年代,尽量让对象留在新生代里被回收掉。

本章先针对新生代调优进行讲解,后续章节,我们会针对老年代调优再专门讲解,新生代调优的整个过程都围绕以下几点来思考:

  • 每秒占用多少内存?
  • 多长时间触发一次Minor GC?
  • 每次Minor GC后,存活对象的平均大小是多少?
  • Survivor能否容纳存活对象?
  • 会不会因为Survivor无法容纳频繁进入老年代?
  • 会不会因为动态年龄判断规则进入老年代?

我们先来看下案例的背景。

1.1 案例背景

假设生产环境有一个每日上亿访问量的电商系统,日平均订单量50万。在双11等大促场景下,峰值为每秒1000笔订单。现在部署3台4核8G的机器,每台每秒抗300笔订单请求。

我们的目标就是对JVM有限的内存资源进行合理的分配和优化,让JVM的Minor GC次数尽量少,同时尽量避免Full GC。

1.2 内存使用模型估算

交代完了背景,我们再来估算下高峰时期的JVM内存使用模型:

一笔订单一般20个左右的字段,按1kb算,那1秒钟300笔订单就是300kb,然后还需要算上其它业务对象(比如库存、积分、商户等等),所以放大20倍。此外,订单系统还有其它操作,特别是查询操作,同样耗费内存,所以再放大10倍,那么每秒钟的内存总开销就是:
$$
300kb2010=60MB
$$

我们假设1s过后,这60MB的对象都会失去引用变成垃圾。

二、JVM内存分配

2.1 初始情况

4核8G的机器,一般分配4G给JVM。假设最初状态下,Java堆内存分配3G(新生代1.5G,老年代1.5G),每个线程的栈空间1MB,一个JVM大概几百个线程,所以总共给虚拟机栈几百兆,然后再给永久代256MB:

-Xms3072M -Xmx3072M -Xmn1536M -Xss1M -XX:PermSize=256M -XX:MaxPermSize=256M -XX:SurvivorRatio=8

参数-XX:SurvivorRatio采用默认值8,即Eden和Survivor按照默认的8:1:1分配内存。

空间担保机制的JVM参数-XX:HandlePromotionFailure在JDK1.6以后就被废弃了,JDK1.6以后只需要判断“老年代可用空间 > 新生代对象总和”或“老年代可用空间 > 历次Minor GC晋升到老年代的对象平均大小”,这两个条件满足任意一个,就可以直接进行Minor GC,不会提前触发Full GC。

2.2 优化Survivor空间

系统运行期间,每秒都会在新生代产生60MB对象,然后1秒后就失去引用,大约25左右,新生代中Eden区的1.2G空间就会被占满:

此时,就会触发是否进行Minor GC的判断,由于老年代可用空间(1.5G) > 历次Minor GC晋升到老年代的对象平均大小(0G),所以Minor GC直接运行,一下子回收99%的新生代中的垃圾,除了最近1秒的还在处理,剩下的都处理完了,总共余留大约100MB存活对象,存放对象放入S1区,然后清空Eden:

然后,再运行20秒后,Eden区再次被占满,再次触发并执行Minor GC,存放对象放入S2,同时清空Eden和S1:

按照上面的测算,每次存活对象的平均大小为100MB,Survivor区的大小为150MB,非常接近,很可能出现某次Minor GC后存活对象超过了150MB,导致Survivor区无法容纳,使得存活对象晋升到老年代。

此外,每次存活对象的年龄是相同的,根据动态年龄规则,100MB超过了Survivor的50%,所以很可能这100MB存放对象会直接晋升到老年代。

所以,Survivor区只分配150MB空间是不够的。所以可以考虑把新生代调整为2G,老年代调整为1G,这样每个Survivor就有200MB空间

此时,JVM参数如下:

-Xms3072M -Xmx3072M -Xmn2048M -Xss1M -XX:PermSize=256M -XX:MaxPermSize=256M -XX:SurvivorRatio=8

对于任何系统,应尽量让每次Minor GC后的对象都留在Survivor中,不要进入老年代,所以Survivor区是首要优化点。

2.3 是否优化晋升年龄

默认情况,新生代存活对象的年龄到达15后,就会进入老年代,那么我们是否要通过参数-XX:MaxTenuringThreshold来调整年龄的上限值,以避免对象进行老年代呢?

答案是否定的,一般来说,经历了15次Minor GC还存在于新生代的,都是那些需要长期存活的核心业务对象,比如@Service、@Controller等注解的对象。对于这些对象,它们就应该进入老年代,况且这类对象的数量不会很多,一般一个系统也就是几十MB而已。

所以,反而可以降级晋升年龄,我们这里设置成5,即-XX:MaxTenuringThreshold=5。

2.4 是否优化大对象

大对象是可以直接进入老年代的,一般来说-XX:PretenureSizeThreshold这个阈值设置成1MB足以,因为很少有超过1MB的大对象。如果有,可能是你提前分配了一个大数组或集合之类的对象,用以存放缓存。

2.5 指定垃圾回收器

最后,还要指定垃圾回收器,新生代用ParNew,老年代用CMS,最终,JVM的参数设置如下:

-Xms3072M -Xmx3072M -Xmn2048M -Xss1M -XX:PermSize=256M -XX:MaxPermSize=256M -XX:SurvivorRatio=8 -XX:MaxTenuringThreshold=5 -XX:PretenureSizeThreshold=1M -XX:+UseParNewGC -XX:+UseConcMarkSweepGC

ParNew垃圾收集器的核心参数,其实就是配套的新生代内存大小,Eden和Survivor的比例,只要你设置合理,避免存活对象放不下Survivor而进入老年代,或者是动态年龄判断后进入老年代,那么Minor GC一般不会有什么问题。

三、总结

本章通过一个电商示例,分析了JVM新生代的参数优化,核心优化目的就是尽量让每次存活的对象都进入Survivor,避免进入老年代。

本章主要针对新生代进行优化,下一章我们将结合案例分析老年代的垃圾回收和JVM参数优化。

正文到此结束
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